Загрязняющие вещества в выпадающих осадках Калининградской области

В эпоху научно-технической  революции деятельность человека приобретает  масштаб геоэкологических процессов, приводит к изменению естественных биогеохимических циклов на земле, нарушению экологического равновесия в биосфере, что, в свою очередь, сказывается на самом человеке. Уровень здоровья человека в значительной степени зависит от качества среды его обитания. По мнению многих ученых факторы окружающей среды в 18-20% определяют состояние здоровья человека.

Накопившиеся десятилетиями  недостатки в природоохранной деятельности, укоренившийся потребительский  подход к природным ресурсам, а  также развитие производительных сил без должного учета экологических последствий привели к созданию экологически опасных зон, ухудшению здоровья людей, изменению демографических характеристик (уровню рождаемости, продолжительности жизни, миграции населения), а также нанесению значительного ущерба природе.

Доля влияния загрязнения  атмосферного воздуха в формировании заболеваемости системы органов  дыхания составляет 20%, системы кровообращения – 9%.

Наиболее высокий индекс загрязнения в городских условиях получен по тяжелым металлам и  оксиду углерода. В структуре выбросов наибольшую долю составляют сернистый  ангидрид – 35%, твердые вещества (пыль) и оксид углерода – 30%, углерод  – 1,2%, оксид азота – 0,9%¹¹.

В настоящее время, при  стремительном развитии производительных сил и освоении все новых и  новых энергетических мощностей, процессы биогеохимической миграции и концентрации веществ в биосфере протекают  настолько быстро, что организм человека не успевает приспосабливаться к  новым уровням содержания химических элементов в питьевых водах, продуктах  питания и воздухе¹². Состояние здоровья населения является отражением сложного комплекса явлений в окружающей среде. На процесс его формирования влияет целый ряд биологических, антропогенных, природно-климатических и др. факторов.

• Кальций.

Кальций является важнейшим  биогенным элементом, его вредное  действие возможно лишь при поступлении  в организм в очень больших  дозах. В виде пыли или аэрозоля соединения кальция оказывают сильное прижигающее  действие на кожу и слизистые оболочки. Особенно опасен СаО, действие, которого состоит в омылении жиров, поглощении из кожи влаги, растворении белков, раздражении тканей. Поражаются также глубокие дыхательные пути и особенно легкие.

Жесткие требования по содержанию кальция предъявляются к водам, поскольку в присутствии карбонатов, сульфатов и ряда других анионов  кальция образует прочную накипь¹³.

• Сульфаты.

Сульфаты активно участвуют  в сложном круговороте серы. При  отсутствии кислорода под действием  сульфатредуцирующих бактерий они  восстанавливаются до сероводорода и сульфидов, которые в природной  воде кислорода снова окисляются до сульфатов. Растения и животные извлекают растворенные в воде сульфаты для построения белкового вещества.

Сульфаты малотоксичны, обладают раздражающим эффектом. Повышенное содержание сульфатов ухудшает органолептические свойства воды и оказывает физиологическое действие на организм человека. При приеме внутрь они действуют как «осмотическое» слабительное, причем токсического эффекта обычно не наблюдается вследствие медленного всасывания и быстрого воздействия.

• Хлор.

Хлор поступает в питьевую воду в виде свободного, для дезинфекции, или при выбросе сточных вод с промышленных предприятий. При большой концентрации в организме способствует угнетению желудочной секреции, уменьшению диуреза, повышению артериального давления и другие нарушения, оказывающиеся особо вредными для больных с заболеваниями сердца и почек. Однако все эти проявления могут возникать лишь при концентрации хлоридов в питьевой воде, превышающий порог их вкусового ощущения.

Хлор отрицательно действует  на организм. Он оказывает раздражающее и прижигающее действие, вызывая  некроз тканей, а затем первичное  токсико-химическое воспаление, к которому может в дальнейшем присоединиться вторичная инфекция. При небольших  концентрациях вызывает общее недомогание. При больших дозах поступления в организм появляется сильный кашель, боль и стеснение в груди, одышка, кровохаркание¹⁴.

• Хром.

Вода, содержащая 5 мг/л хрома, вредно влияет на растения; при концентрации 10 мг/л наблюдается хлороз, а при 15 – 50 мг/л металла в воде задерживается рост растений.

Хром так же оказывает  влияние и на рыб. Под влиянием хрома может повышаться чувствительность рыбы к инфекциям; высокие концентрации оказывают повреждающее действие на жаберный аппарат и/или накапливаются в различных тканях рыб. Для человека ингаляция атмосферным воздухом, загрязненного соединениями хрома, может вызвать ряд негативных эффектов.

• Ртуть.

Ртуть и ее соединения опасны для жизни. Метилртуть особенно опасна для животных и человека, так как она быстро переходит из крови в мозговую ткань, разрушая мозжечок и кору головного мозга. Клинические симптомы такого поражения - оцепенение, потеря ориентации в пространстве, потеря зрения. Симптомы ртутного отравления проявляются не сразу. Другим неприятным последствием отравления метилртутью является проникновение ртути в плаценту и накапливание ее в плоде, причем мать не испытывает при этом болезненных ощущений.  Метилртуть  оказывает тератогенное воздействие на человека. Ртуть относится к I классу опасности¹⁵.

• Свинец.

Свинец не является жизненно необходимым элементом. Он токсичен и относится к I классу опасности. Неорганические его соединения нарушают обмен веществ и являются ингибиторами ферментов (подобно большинству тяжелых металлов). Одним из наиболее коварных последствий действия неорганических соединений свинца считается его способность заменять кальций в костях и быть постоянным источником отравления в течение длительного времени. Биологический период полураспада свинца в костях - около 10 лет. Количество свинца, накопленного в костях, с возрастом увеличивается, и в 30-40 лет у лиц, по роду занятий не связанных с загрязнением свинца, составляет 80-200 мг. Органические соединение свинца считаются ещё более токсичными, чем неорганические¹⁶.

• Кадмий и цинк.

Кадмий намного токсичнее  цинка. Он и его соединения относятся  к I классу опасности. Он проникает в человеческий организм в течение продолжительного периода. Вдыхание воздуха в течение 8 часов при концентрации кадмия 5 мг/м³ может привести к смерти.

При хроническом отравлении кадмием в моче появляется белок, повышается кровяное давление.

При исследовании присутствия  кадмия в продуктах питания было выявлено, что выделения человеческого  организма редко содержат столько  же кадмия, сколько было поглощено. Единого мирового мнения относительно приемлемого безопасного содержания кадмия в пище сейчас нет.

Одним их эффективных путей  предотвращения поступления кадмия и цинка в виде загрязнений  состоит в введении контроля за содержанием этих металлов в выбросах плавильных заводов и других промышленных предприятий.

Глава II. Наблюдения за химическим составом осадков

Выбросы источников загрязнения городов и промышленных объектов переносятся воздушными потоками на значительные расстояния, определяя  региональный фон загрязнения атмосферного воздуха на территории страны. Косвенным показателем состояния загрязнения атмосферы могут служить данные о химическом составе проб атмосферных осадков и снежного покрова. Эти данные характеризуют загрязнение слоя атмосферы, в котором образуются облака, происходит газовый обмен и из которого выпадают осадки и сухие вещества в отсутствие осадков.

Данные о содержании веществ в снежном покрове  являются единственными материалами  для оценки регионального загрязнения  атмосферы в зимний период на больших  территориях страны и выявления  ареала распространения загрязняющих веществ от промышленных центров  и городов. Химический анализ содержания вредных веществ в снеге осуществляется методами, используемыми при исследовании либо проб атмосферных осадков, либо проб воздуха.

Наблюдения за атмосферными осадками и изучение метода отбора их проб представляет интерес как  с точки зрения метеорологической  оценки выпавших осадков, так и с  точки зрения их дальнейшего анализа  на содержание тяжелых металлов, сульфатов, нитратов, кислотность и др¹⁷.

2.1.  Отбор проб.

Химический состав осадков является интегральной характеристикой  загрязнения слоя атмосферы, в котором  образуются облака. Отбор проб атмосферных  осадков производится на метеорологических  станциях, расположенных как в  сельской местности, так и в пределах города или промышленного района. При отборе осадков должно быть исключено  попадание в пробу посторонних веществ. Стандартный осадкомер, изготовленный из химически нестойкого материала, для этой цели непригоден. При ручном способе отбора проб используются устройства, установленные только на период выпадения осадков. Для анализа важно собрать первые, наиболее загрязненные порции осадков, поэтому на метеостанциях следует предусмотреть круглосуточный режим работы. При автоматическом отборе проб осадков используется установка, снабженная устройством, которое автоматически открывает крышку над приемной поверхностью в начале выпадения осадков и закрывает ее после их прекращения. Она обеспечивает измерения величины pH и электропроводности осадков. Отбор проб производится на открытой ровной площадке, удаленной не менее чем на 100 м от деревьев, холмов, зданий, линий электропередачи, местных источников загрязнения атмосферы. Приемные поверхности осадкосборника и стандартного осадкомера должны быть примерно на одинаковом уровне от подстилающей поверхности.

В зависимости от периода отбора пробы могут быть суммарные и единичные. Единичная  проба отбирается в период отдельного дождя или снегопада; сбор осадков  может продолжаться от нескольких минут  до нескольких часов, иногда суток. Если осадки выпадают с небольшим перерывом (менее 1 ч) и при неизменной облачности, их отбирают в один сосуд. При перерыве более 1 ч осадки собирают как отдельные  пробы. Суммарная проба включает осадки, объединенные за некоторый  промежуток времени: месяц, неделю, сутки. Такая проба характеризует среднее  содержание определяемых компонентов  за соответствующий период времени

В связи с тем что содержание растворенных в осадках веществ невелико и измеряется милиграммами или даже долями миллиграмма в 1 дм³ воды, требуется строгое соблюдение условий отбора, хранения и анализа проб осадков. Необходимо исключить попадание посторонних веществ в пробы осадков как в момент отбора, так и во время их хранения и транспортировки¹⁸.

Отбор проб производится непрерывно в течение 24 ч при любых  метеоусловиях. При необходимости  один день в месяц отводится для  профилактического обслуживания аппаратуры. Пробы осадков отбираются с помощью  осадкосборников. При смене пробы измеряется ее объем с помощью мерного цилиндра. Затем pH-метром измеряется значение pH. Для отправки в централизованную лабораторию пробу переносят в полиэтиленовую бутылку вместимостью 100 см³. Если происходил отбор проб снега в полиэтиленовый стакан, то его вносят в теплое помещение, накрывают крышкой во избежание попадания пыли и оставляют для оттаивания.

2.2.  Оборудование для отбора проб.

Осадкосборные устройства и сосуды для хранения и транспортировки проб атмосферных осадков должны быть изготовлены из прочного химически стойкого материала. Их пригодность необходимо исследовать в химической лаборатории путем измерения электропроводности и pH дистиллированной воды, которую наливают в эти сосуды. За 1 сут допустимо изменение значения pH на 0,3, электропроводности на 1 - 2 мкСм/см. Полиэтиленовые колбы (флаконы), предназначенные для отбора и хранения проб, доставляются на станцию из химической лаборатории тщательно промытыми, закрытыми, пронумерованными и взвешенными. Они открываются только на время отбора проб осадков.

При ручном способе  отбора проб осадков в теплый и  холодный периоды используют разные осадкосборные устройства. Отбор проб дождевой воды осуществляется через эмалированные, стеклянные или полиэтиленовые воронки с надетым на горловину защитным приспособлением, препятствующим попаданию осадков, стекающих по внешней стороне воронки в сборную колбу. В качестве такого приспособления можно использовать крышку от полиэтиленовой колбы с просверленным в ней отверстием для горловины воронки. Конец воронки должен входить в сборную колбу. Для отбора проб твердых осадков (снег) применяют эмалированные кюветы или пластмассовые ванночки с крышками размером 30 ⃰ 40 см и высотой не менее 5 см. Полиэтиленовые ведра вместимостью 5 - 10 дм³ можно использовать для отбора проб как жидких, так и твердых осадков.

Площадь приемной поверхности  устройства для отбора проб определяется объемом пробы, необходимым для  выполнения анализа, и средним количеством  осадков, выпадающих за тот или иной период отбора. Для проведения полного анализа химического состава осадков необходимо не менее 250 см³ воды, поэтому диаметр приемной поверхности при отборе месячных проб жидких осадков должен быть не меньше 15 см, недельных - 20 см, единичных - 25 см. В тех районах, где наименьшее значение средней месячной суммы осадков составляет 5 мм, диаметр воронки для отбора месячных или недельных проб должен быть не менее 25 см.