Эколога—геохимические аспекты техногенного загрязнения металлургических центров

Краткое описание

ВВЕДЕНИЕ 6

ГЛАВА 1. Анализ предшествующих исследований 14

ГЛАВА 2. Методика работ 16

ГЛАВА 3. Характеристика района исследований 21

3.1 Природно-геологические условия 21

3.2. Характеристика хозяйственной деятельности 26

3.3. Основных загрязняющие предприятия 28

3.4. Экологическая обстановка в г. Владикавказ 36 ГЛАВА 4. Эколого-геохимический подход 41 ГЛАВА 5. Эколого-медицинский подход 74 ГЛАВА 6. Расчет экологических рисков по техногенным

аномалиям в почвах 96

6.1 Понятие экологического риска 97

6.2 Экологическая обстановка в городе 101 6.3. Методика оценки рисков 103 6.4 Модель взаимодействия почвенной и воздушной аномалии

107

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 119

ЛИТЕРАТУРА 125

Список таблиц

Стр. Табл. 1 Валовые выбросы загрязняющих вредных веществ в

атмосферу Владикавказа за 1994 г. 29

Табл. 2 Интервалы значений основных химических

Загрязнителей в почвах, г/т 63

Табл. 3 Фоновые концентрации химических элементов в почвах

Владикавказского региона и нормировочные коэффициенты,

используемые в ГЕОСКАНе, г/т 64

Табл. 4 Геохимические параметры основных техногенных

типов и ПДК (ОДК), г/т 69

Табл. 5 Сравнительный анализ геохимических параметров

Промышленного (II) и Затеречного (3) округов 82 Табл. 6 Оценка выбросов загрязняющих элементов по

пространственной корреляции с цинком в почвенной

аномалии 111

Табл. 7 Концентрация химических элементов в воздухе над

разными частями почвенной аномалии 115

Табл. 8 Пожизненные индивидуальные риски заболеваемости

населения, проживающего в различных частях

Владикавказа 117

Список иллюстраций

Стр.

Рис. 1 Ситуационный план Владикавказа 45

Рис. 2 Распределение свинца в почвах Владикавказа 47

Рис. 3 Распределение цинка в почвах Владикавказа 48

Рис. 4 Распределение меди в почвах Владикавказа 49

Рис. 5 Распределение кадмия в почвах Владикавказа 50

Рис. 6 Распределение вольфрама в почвах Владикавказа 51

Рис. 7 Распределение молибдена в почвах Владикавказа 52

Рис. 8 Распределение индия в почвах Владикавказа 53

Рис. 9 Распределение олова в почвах Владикавказа 54

Рис. 10 Распределение серебра в почвах Владикавказа 55

Рис. 11 Распределение мышьяка в почвах Владикавказа 56

Рис. 12 Распределение висмута в почвах Владикавказа 5 7

Рис. 13 Распределение сурьмы в почвах Владикавказа 5 8

Рис. 14 Распределение хрома в почвах Владикавказа 60

Рис. 15 Распределение кобальта в почвах Владикавказа 61

Рис. 16 Распределение никеля в почвах Владикавказа 62

Рис. 17 Карта техногенного загрязнения почв Владикавказа 66

Рис. 18 Диаграмма содержаний микроэлементов в золе

листьев каштана (г/т) 73

Рис. 19 Частота врожденных уродств по административным округам Владикавказа (на 1000 родившихся). Усредненные данные за 5 лет 79

Рис.20 Техногенное загрязнение Владикавказа цинком

(контуром выделена условная изолиния концентраций 4000 г/т)

109

Рис.21 Модель взаимодействия атмосферной и почвенной

аномалий 112
Введение

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Характерной чертой, присущей современным городам и промышленным центрам» является высокая концентрация производства и людей на ограниченном пространстве, что определяет одну из основных причин ухудшения экологического состояния городских территорий. Особенно выражены эти негативные тенденции в промышленных центрах, где предприятия расположены внутри жилых кварталов. Сложность и многообразие многочисленных проблем, связанных с техногенным загрязнением среды обитания и непосредственным воздействием поллютантов на здоровье населения, требует поиска путей их разрешения. В России, одним из промышленных городов, где антропогенные изменения биосферы носят угрожающий характер, является столица Республики Северная Осетия -Алания - г. Владикавказ, в центре которого расположены два известных действующих предприятия цветной металлургии — ОАО «Электроцинк» и АО «Победит». Суммарный срок службы металлургических комплексов составляет более 150 лет, что говорит о том, что техногенному воздействию химических загрязнителей подвержены уже 4 поколения жителей, при этом миграционные процессы во Владикавказе практически отсутствуют. Ситуация осложняется тем, что в столице постоянно проживает более половины населения республики, что не может не сказаться на генофонде нации.

Воздействие любых негативных факторов отражается, прежде всего, на здоровье детей и женщин фертильного (детородного) возраста, особенно в

период беременности. На отдельных промышленных территориях эта проблема уже вышла за рамки чисто медицинских исследований, т.к. прогрессирующее ухудшение здоровья наиболее уязвимых групп населения уже напрямую связывают с возрастанием антропогенных нагрузок. Особенно выражены эти негативные тенденции среди жителей металлургических центров. Современные предприятия перерабатывающего цикла характеризуются техногенными выбросами сложного химического состава, содержащими значительные количества металлов, обладающих различной специфической токсичностью (свинец, кадмий и другие). Отрывочные сведения о токсическом воздействии каждого из них и комбинированном (комплексном) воздействии на живой организм, описанные в литературе, больше частью основаны на экспериментальных данных. Вопрос о роли техногенных загрязнений в формировании отрицательных характеристик здоровья населения не имеет однозначного разрешения. В настоящее время отчетливо прослеживаются тенденции, при которых акцент в экологических исследованиях перемещается на оценку качественных характеристик среды обитания с выявлением механизмов ее воздействия на человека. Необходимость развития этого направления послужила основой для проведения исследований состояния среды обитания с 2- позиций: эколого-геохимической и эколого-медицинской.

Окружающая среда крупных и промышленных городов является и условием, и результатом жизнедеятельности людей. В целях ослабления

негативных эффектов, возникающих в здоровье населения, и стабилизации общей демографической ситуации, проведение комплекса эколого-геохимических и эколого-медицинских работ, является весьма актуальным, т. к. дает возможность принимать решения на основе четкого анализа связи специфических патологий с конкретными химическими загрязнителями на фоне определенных геохимических параметров среды обитания. В то же время основная задача прогноза рассчитанных экологических рисков возникновения онкозаболеваний, вызванных загрязнением окружающей среды, заключается в привлечении внимания широкой общественности к существующей тревожной ситуации, т.к. никакая проблема не может быть решена ранее того, чем станет достоянием общественного мнения

Цель исследований. Определить эколого-геохимические параметры среды обитания, изучить последствия техногенного загрязнения на здоровье населения и оценить риск возможного развития онкозаболеваний у жителей Владикавказа.

Задачи исследования:

1) Анализ опубликованных геохимических данных о загрязнении природных сред на территории Владикавказа;

2) Выявление характерных типов техногенного загрязнения в почвах, дифференциация их по составу, интенсивности и пространственному распределению на территории города;

3) Обобщение и систематизация данных государственной медицинской статистики и результатов эпидемиологических исследований выборочных групп населения;

4) Поиск связей между токсичными поллютантами и возникновением специфических патологических синдромов у детей;

5) Разработка^метода расчета экологических рисков для населения по геохимическим данным.

Защищаемые положения:

1. В зонах влияния предприятий металлургического профиля основными закономерностями распределения загрязняющих компонентов в депонирующих средах является формирование комплексных аномалий с концентрациями основных рудных элементов и примесных компонентов руд, в десятки и сотни раз превышающими нормативные показатели соответствующих сред.

2. Определен спектр основных поллютантов и доказана функциональная зависимость между их концентрациями и числом врожденных уродств у детей;

3. Разработана методика расчета экологических рисков по почвенным аномалиям, позволяющая осуществить прогноз онкозаболеваний.

Научная новизна. Впервые у населения Владикавказа, проживающего в районах с однотипными по составу, но различными по концентрациям загрязнителями, выделены патологические синдромы, носящие либо

специфические, либо неспецифические эффекты. Впервые модель взаимодействия почвенной и атмосферной аномалий позволила произвести расчет рисков канцерогенных заболеваний с использованием геохимических

данных.

Практическая значимость. На основе проведенных работ территория Владикавказа районирована по уровню техногенного загрязнения среды обитания. Осуществлен дифференцированный подход к показателям здоровья населения в зависимости от геохимических характеристик среды обитания. Полученные результаты могут служить основой для рячра^^пги программ По

оздоровлению окружающей среды и медико-экологической реабилитации населения. Выполненный расчет опасности экологических рисков говорит о необходимости принятия экстренных мер, направленных на снижение рисков канцерогенных заболеваний среди жителей.

Фактическая основа исследований. Комплекс геохимических и эколого-медицинских исследований, составивших основу диссертационной работы, был проведен Институтом минералогии, геохимии и кристаллохимии редких элементов (ИМГРЭ) совместно с Государственным Северо-Кавказским опытно-методическим геологическим предприятием и Северо-Осетинской Государственной медицинской академией (СОГМА) в 1999-2001 гг. Для решения поставленных задач, прежде всего, изучались и анализировались имеющиеся геохимические данные о загрязнении природных сред территории Владикавказа и сведения, отражающие медико-демографическую ситуацию и

ю

состояние здоровья населения. Источниками информации служили официальные материалы Государственных докладов «О состоянии окружающей природной среды и деятельности министерства охраны окружающей среды и природных ресурсов Республики Северная Осетия-Алания» за 1994-2000 гг., Парламентских слушаний по «Социально-демографической ситуации в Республике Северная Осетия-Алания», данные Госкомстата, Минздрава и другие официальные документы. Сравнительный анализ геохимических и медико-статистических данных по Владикавказу позволил выделить фоновую и опытную территории, на которых проводились дальнейшие комплексные экологические исследования.

Блок_гед^химических работ включал почвенное опробование (743 пробы), и биогеохимическое (30 проб). Пробы почв и растительности проанализированы в Бронницкой ГГЭ методом полуколичественного спектрального анализа, выборочно применены методы атомной эмиссии и камерных электродов. В качестве информационного геохимического материала по другим природным транспортирующим и депонирующим средам служили данные, опубликованные в Государственных докладах.

Медицинский блок исследований базировался на данных первичной оценки медико-демографической ситуации, дополненных эпидемиологическими исследованиями выборочных групп населения. Изучение динамики заболеваемости детей и нарушений репродуктивного здоровья женщин проводилось на базах профильных лечебно-

u

профилактических учреждений города. Эпидемиологические исследования осуществлялись по общепринятым методикам. Изучение первичной документации 25 790 детей проводилось в районах обслуживания детскими поликлиниками Промышленного и Затеречного округов.

В результате были созданы базы геохимических и медицинских данных, щ интерпретация которых осуществлялась с использованием программного

пакета ГЕОСКАН и технологии ЭКОСКАН, разработанных в ИМГРЭ.

Апробация работы. Основные материалы диссертации изложены в 2-х информационных отчетах за 2000 и 2001 гг. (ИМГРЭ), представлены и докладывались на V Международной научно-практической конференции «Проблемы управления качеством окружающей среды (Москва, 2000), на международной конференции «Экологическая геология и рациональное недропользование» (Санкт-Петербург, 2000), на Всероссийском геологическом конгрессе (Санкт-Петербург, 2000), на Ш Международном совещании «Геохимия биосферы» (Ростов-на-Дону, 2001), на Международном симпозиуме в Литве (Вильнюс, 2001), на П межрегиональной научно-практической конференции «Пути снижения материнской и перинатальной заболеваемости и смертности» (Нальчик, 2002). Материалы диссертации вошли в тематику лекций, прочитанных студентам П-Ш курсов экологических факультетов Российского университета Дружбы народов (РУДН) и Московской государственной геолого-разведочной академии (МГТА). По материалам диссертации подготовлено сообщение для председателя

12

международного геологического общества (IUGS) prof. Dr.Ed. FJ. de Mulder по результатам эколого-геохимической деятельности ИМГРЭ. По теме диссертации опубликовано 16 работ, в т.ч. 2 монографии.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав и заключения; изложена на 135 страницах, содержит 21 рисунок и 8 таблиц. Список литературы насчитывает 95 работ.

Благодарности. Работа выполнена в секторе математического обеспечения научно-исследовательских работ Института минералогии, геохимии и кристаллохимии редких элементов под руководством ведущего научного сотрудника кафедры геологии и геохимии полезных ископаемых МГУ, к.г.-м.н. Шатагина Николая Николаевича, которому автор выражает глубочайшую признательность. За разносторонние консультации и помощь при выполнении исследований в области медицинской систематики особую благодарность автор выражает ведущему научному сотруднику сектора МОНИР (ИМГРЭ), к.м.н. Зангиевой Тамаре Давыдовне. Автор выражает искреннюю благодарность директору Государственного Северо-Кавказского ОМГП Кайтукову М. 3. за постоянную поддержку и доброжелательное отношение. Автор признателен за предоставленные материалы профессору кафедры акушерства и гинекологии Северо-Осетинской Государственной медицинской академии Цаллаговой Л.В. Автор благодарит всех сотрудников сектора математического обеспечения - Евсеева В.А., Родину Т.В., Васильева В., Гинзбурга Л.Н., Баранову Т.И., Ладонину Н.Н., Пяткова А.В., Бурилину

13

А.М., Курчавову A.M. — за постоянное содействие и внимание за период работы над диссертацией, а также всех сотрудников института, оказавших помощь в работе над диссертацией.

ГЛАВА 1. Анализ предшествующих исследований

Жизнедеятельность человека во многом обусловлена качеством среды обитания. По данным ВОЗ, в 20% случаев решающая роль в состоянии здоровья населения принадлежит факторам окружающей среды. Постоянный рост ухудшения показателей заболеваемости во всех возрастных группах на фоне увеличивающегося загрязнения окружающей среды способствовали сближению междисплинарных экологических дисциплин.

Серьезные систематические исследования техногенных загрязнений начались в 70-х годах. Технологии геохимических работ, направленные на выявление и оконтуривание аномальных концентраций металлов в природных средах с применением сравнительно недорогих аналитических методов, как нельзя лучше подошли для решения экологических задач [54] и дали возможность получить сведения об эколого-геохимическом состоянии целых регионов РФ на основе многоцелевого геохимического картирования [34].

Проводимые ИМГРЭ эколого-геохимические работы, начинавшиеся как исследования техногенного загрязнения отдельных сред, постепенно становятся все более комплексными, расширяются география работ. На Северном Кавказе под научным руководством Ю.Е. Саета проводится ряд

14

эколого-геохимических работ, в т.ч. и во Владикавказском регионе в 1982-1988 гг. Проводится изучение загрязнения почв и донных отложений, составлена первая эколого-геохимическая карта Владикавказа. В 1985, 1988 годах ЦОМГЭ ИМГРЭ проводит исследования по техногенному загрязнению почв Владикавказа на глубину, в результате чего был сделан вывод о распространении загрязнения свинцом, цинком, медью и серебром до глубины 50 см включительно.

В 1991-92 гг. предприятием «Севосгеологоразведка» была составлена уточненная экогеохимическая карта Владикавказа с использованием суммарного показателя загрязнения (Zc), предложенного Ю.Е. Саетом (1990 г.). По результатам работ территория Владикавказа районирована на области умеренно опасного, опасного и чрезвычайно опасного загрязнения тяжелыми металлами. По мнению автора, в понятие Zc не заложено представление о типе загрязнения (спектре), а также о различиях вклада (доли) влияния образующих его элементов, что снижает эффективность его применения [73].

В 1994-95 гг. предприятием «Севосгеоэко» проводится оценка промышленных отходов основных предприятий города и работы по изучению отвальных полей ОАО «Электроцинк» и АО «Победит». Контроль за состоянием воздушного бассейна, сточных и питьевых вод ведут контролирующие организации - Гидромет, СЭС и другие [90, 91].

15

В 1996 г. под руководством М.З. Катукова проведены экономико-геохимические работы на территории Владикавказа, где, основываясь на предыдущих геохимических исследованиях депонирующих сред, даны рекомендации по подсчету токсичных элементов в почвах и грунтах для оценки ущерба, нанесенного природной среде, и взимания платежей [89].

Систематизация сведений о состоянии здоровья населения Владикавказа приводится в ежегодных изданиях Государственных докладов, результатах медицинских исследований ряда кафедр Северо-Осетинской государственной медицинской академии СОГМА (Д.В. Албегова, Л.В. Чопикашвили и др.). Эколого-геохимическая ситуация в целом по России, в частности, во Владикавказе, представлена Б. А. Ревичем в монографии [68].

В целях экологического мониторинга за контролем техногенного загрязнения почв Владикавказа и состоянием здоровья населения, ИМГРЭ был проведен в 1999-2001 гг. комплекс эколого-геохимических и медицинских исследований, которые и легли в основу диссертационной работы.

ГЛАВА 2. Методика работ

Следует отметить, что при всем многообразии существующих методических подходов к изучению медицинских последствий техногенного загрязнения практически не имеется работ, где показатели заболеваемости населения рассматриваются на фоне детальных геохимических исследований

16

среды обитания, позволяющих районировать изучаемые территории по типам и интенсивности определенных поллютантов. Подобный комплексный подход

был впервые обоснован в процессе разработки технологии ЭКОСКАН, за создание которой в 1998 г. авторский коллектив ИМГРЭ (Э.К. Буренков, Л.Н. Гинзбург, Т.Д. Зангиева, Б.С. Коган, О.В. Менчинская, Н.Н. Шатагин) был отмечен премией Правительства РФ [9,10].

Исследованиями последних лет в экологической медицине определены-эпидемиологические маркеры неблагополучия среды обитания, среди которых основными официально признанными являются показатели рождаемости, перинатальная и младенческая смертность, спонтанные аборты, врожденные пороки развития и злокачественные образования у детей [36,47].

Спорными остаются проблемы, связанные с выбором фоновых параметров при оценке техногенных загрязнений. Это объясняется, в т. ч., и невозможностью широкого использования нормативных показателей (ПДК, ОДК), разработанных на сегодня для ограниченного числа токсичных веществ и не по всем средам [15].

Для сравнения опасности для здоровья человека от воздействия разнообразных загрязняющих веществ в США, Канаде и странах Европейского Союза принята методика количественной оценки опасности воздействия химических веществ единым образом, в одинаковых единицах, в так называемых, экологических рисках [93].

17

Список литературы