Основной химический показатель загрязнения почвы. Нормирование показателей химического загрязнения почв

Лабораторная работа

«Определение уровня суммарного загрязнения почв Санкт-Петербургского региона»

При санитарно-гигиенической оценке загрязнения почвенного покрова территории применяется показатель Zc — суммарный показатель загряз-нения. Zc представляет собой сумму коэффициентов концентрации (Kc) токсикантов (загрязнителей) I, II и III классов токсикологической опасности (табл. 1) по отношению к фоновым значениям. Он рассчитыва-ется по формуле:

Zc = (Σ Kc) - (n - 1),

где Kc — коэффициент концентрации i-го химического элемента, n — число, равное количеству элементов, входящих в геохимическую ассоциа-цию.

Коэффициент концентрации (Kc) рассчитывается по формуле:

Кс = Сi/Сфон,

где Ci — фактическое содержание элемента; Сфон. — геохимический фон.

Задания:

1. Используя данные таблиц 1-3, подсчитайте суммарный показатель загрязнения почв (Zc) предложенных участков и профилей. Определите уровни загрязнения почв, результаты представьте в виде таблиц:

2. Используя знания по физической и социально-экономической гео-графии Санкт-Петербурга и Ленинградской области, сделайте выводы о факторах, определяющих уровень загрязнения почвенного покрова пред-ложенных участков и профилей.

Таблица 1. Классы опасности (токсичности) элементов

Источник: СанПиН 2.1.7.1287-03. Санитарно-эпидемиологические требования к качеству почвы. — М., 2003.

Таблица 2. Результаты рентгенофлюоресцентного анализа проб почвенного покрова Санкт-Петербургского региона, 2008 г., мг/кг

6.1. Основным критерием гигиенической оценки загрязнения почв химическими веществами является предельно допустимая концентрация (ПДК), или ориентировочно допустимая концентрация (ОДК) химических веществ в почве.

6.2. Оценка степени опасности загрязнения почвы химическими веществами проводится по каждому веществ с учетом следующих общих закономерностей:

Опасность загрязнения тем выше, чем больше фактическое содержание компонентов загрязнения почвы превышает ПДК, что может быть выражено коэффициентом К о = С/ПДК, т. е. опасность загрязнения тем выше, чем больше К о превышает единицу.

Опасность загрязнения тем выше, чем выше класс опасности контролируемого вещества, его персистентность, растворимость в воде и подвижность в почве и глубина загрязненного слоя.

Опасность загрязнения тем больше, чем меньше буферная способность почвы, которая зависит от механического состава, содержания органического вещества, кислотности почвы. Чем ниже содержание гумуса, рН почвы и легче механический состав, тем опаснее ее загрязнение химическими веществами.

6.3. При загрязнении почвы одним веществом неорганической природы оценка степени загрязнения проводится в соответствии с таблицей 2 (27, 28) с учетом класса опасности компонента загрязнения, его ПДК и максимального значения допустимого уровня содержания элемента (К max) по одному из четырех показателей вредности (приложение 7).

Таблица 2

Критерии оценки степени загрязнения почв неорганическими веществами

При загрязнении почв одним веществом органического происхождения его опасность определяется исходя из его ПДК (13) и класса опасности (таблица 3).

Таблица 3

Критерии оценки степени загрязнения почв органическими веществами

6.6. При полноэлементном загрязнении оценка степени опасности загрязнения почвы допускается по наиболее токсичному элементу с максимальным содержанием почвы.

6.7. Оценка уровня химического загрязнения почв как индикатора неблагоприятного воздействия на здоровье населения проводится по показателям, разработанным при сопряженных геохимических и геогигиенических исследованиях окружающей среды городов с действующими источниками загрязнения. Такими показателями являются: коэффициент концентрации химического вещества (К с). К с определяется отношением фактического содержания определяемого вещества в почве (С i) в мг/кг почвы к региональному фоновому (Сф i):

К с =С i /Cф i

и суммарный показатель загрязнения почвы (Z с). Суммарный показатель загрязнения равен сумме коэффициентов концентраций химических элементов – загрязнителей и выражен формулой:

Z с =(K ci + … + K cn) – (n – 1)

n – число определяемых суммируемых веществ;

K ci – коэффициент концентрации i-го компонента загрязнения.

Анализ распределения геохимических показателей, полученных в результате апробирования почв по регулярной сети, дает пространственную структуру загрязнения селитебных территорий и воздушного бассейна, и позволяет выделить зоны риска для здоровья населения (7, 12).

6.8. Оценка степени опасности загрязнения почв комплексом металлов по показателю Z с, отражающему дифференциацию загрязнения почвы городов как металлами, так и другими наиболее распространенными ингредиентами (пыль, окись углерода, окислы азота, сернистый ангидрид), проводится по оценочной шкале, приведенной в таблице 4.

Таблица 4

Ориентировочная оценочная шкала опасности загрязнения почв

по суммарному показателю загрязнения (Z c)

Определение химических веществ при оценке уровня загрязнения почв населенных пунктов по Z с проводят методом эмиссионного анализа в соответствии с методическими указаниями (7, 12).

6.9. Оценка неблагоприятных последствий загрязнения почв при их непосредственном воздействии на организм человека важная для случаев геофагии у детей при играх на загрязненных почвах. Такую оценку проводят по наиболее распространенному в населенных пунктах загрязняющему веществу свинцу, повышенное содержание которого в почвах города, как правило, сопровождается увеличением содержания и других элементов. При систематическом нахождении свинца в почве игровых площадок в пределах 300 мг/кг можно ожидать изменение психоневрологического статуса у детей (15). Безопасным считается загрязнение свинцом на уровне ПДК в почве.

6.10. Оценка почв сельскохозяйственного использования проводится в соответствии с принципиальной схемой, приведенной в приложении 6.

6.11. Для принятия административных решений о характере использования земель, в разной степени загрязненных химическими веществами рекомендуется руководствоваться РД «Порядок определения ущерба от загрязнения земель химическими веществами» (24) с учетом характера землепользования.

Основным критерием гигиенической оценки загрязнения почв химическими веществами является предельно допустимая концентрация (ПДК), или ориентировочно допустимая концентрация (ОДК) химических веществ в почве.

Оценка степени опасности загрязнения почвы химическими веществами, проводится по каждому веществу с учетом следующих общих закономерностей:

Опасность загрязнения тем выше, чем больше фактическое содержание компонентов загрязнения почвы превыше ПДК, что может быть выражено коэффициентом К 0 = С/ПДК, т.е. опасность загрязнения тем выше, чем больше К 0 превышает единицу.

Опасность загрязнения тем выше, чем выше класс опасности контролируемого вещества, его персистентность, растворимость в воде и подвижность в почве и глубина загрязненного слоя.

Опасность загрязнения тем больше, чем меньше буферная способность почвы, которая зависит от механического состава, содержание органического вещества, кислотности почвы. Чем ниже содержание гумуса, рН почвы и легче механический состав, тем опаснее ее загрязнение химическими веществами.

При загрязнении почвы одним веществом неорганической породы оценка степени загрязнения проводится в соответствии с таблицей 2 с учетом класса опасности компонентов загрязнения, его ПДК и максимального значения допустимого уровня содержания элемента (К max) по одному из четырех показателей вредности (приложение 7).

Таблица 2 - Критерии оценки степени загрязнения почв неорганическими веществами

При загрязнении почв одним веществом органического происхождения его опасность определяется исходя из его ПДК (13) и класса опасности (таблица 3).

При полиэлементном загрязнении оценка степени опасности загрязнения почвы допускается по наиболее токсичному элементу с максимальным содержанием в почве.

Таблица 3 - Критическая оценка степени загрязнения почвы органическими веществами

Оценка уровня химического загрязнения почв как индикатора неблагоприятного воздействия на здоровье населения проводится по показателям, разработанным при сопряженных геохимических и гегигиенических исследованиях окружающей среды городов с действующими источниками загрязнения. Такими показателями являются: коэффициент концентрации химического вещества (К с). К с определяется отношением фактического содержания определяемого вещества в почве (С i) в мг/кг почвы к региональному фоновому (С fi):

К с = С i С fi ;

и суммарный показатель загрязнения (Z с) Суммарный показатель загрязнения равен сумме коэффициентов концентрации химических элементов-загрязнителей и выражен формулой:

Z с =S(К с i +…К СП)-(n-1), где

n – число определяемых суммируемых веществ;

К с i – коэффициент концентрации i-го компонента загрязнения.

Анализ распределения геохимических показателей, полученных в результате апробирования почв по регулярной сети, дает пространственную структуру загрязнения селитебных территорий и воздушного бассейна, и позволяет выделить зоны риска для здоровья населения (7, 12).

Оценка степени опасности загрязнения почв комплексом металлов по показателю Z с отражающему дифференциацию загрязнения воздушного бассейна городов как металлами, так и другими наиболее распространенными ингредиентами (пыль, окись углерода, окись азота, сернистый ангидрид), проводится по оценочной шкале, приведенной в таблице 4.

Определение химических веществ при оценке уровня загрязнения почв населенных пунктов по Z с проводят методом эмиссионного анализа в соответствии с методическими указаниями (7, 12).

Оценка неблагоприятных последствий загрязнения почв при их непосредственном воздействии на организм человека важна для случаев геологии у детей при играх на загрязненных почвах, Такую оценку проводят по наиболее распространенному в населенных пунктах загрязняющему веществу - свинцу, повышенное содержание которого в почвах города, как правило, сопровождается увеличением содержания и других элементов. При систематическом нахождении свинца в почве игровых площадок в пределах 300 мг/кг можно ожидать изменение психоневрологического статуса у детей (15). Безопасным считается загрязнение свинцом на уровне ПДК в почве.

комплекса по коэффициенту концентрации загрязнителя

и суммарному показателю загрязнения

Оценка уровня загрязнения почв населенных пунктов проводится по двум показателям: коэффициенту концентрации отдельного вещества К с и суммарному показателю загрязнения Z c при наличии в почве нескольких загрязняющих компонентов .

Коэффициент концентрации ЗВ определяется отношением

, (5.2)

где С - реальная концентрация данного химического вещества в почве, мг/кг; С ф - фоновая концентрация в почве данного вещества, мг/кг. Суммарный показатель загрязнения равен сумме коэффициентов концентраций загрязняющих почву химических элементов:

, (5.3)

где n - число учитываемых ЗВ.

Оценка опасности загрязнения почв по найденному суммар­ному показателю Z c проводится с помощью табл. 5.4.

Таблица 5. 4

Ориентировочная оценочная шкала опасности загрязнения почв по суммарному показателю

Пример 5.2. Определить категорию загрязнения почвы населенного пункта химическими веществами по суммарному показателю загрязнения; дать характеристику показателей здоровья населения, проживающего на данной территории. Исходные данные приведены в табл. 5.5.

Таблица 5.5

Исходные данные

Решение :

По формуле (2) находим коэффициенты концентрации загрязняющих веществ:

К с F = 512/208 = 2,46; К сВ e = 3,7/1,5 = 2,47; K cZn = 274/41,3 = 6,63.

По формуле (3) суммарный показатель загрязнения:

Z c = (2,46 + 2,47 + 6,63)  (3  1) = 9,56.

В соответствии с табл. 5.4 рассматриваемые почвы относятся к категории допустимого загрязнения и характеризуются наиболее низким уровнем заболеваемости детей и минимумом функциональных отклонений.

Задание 5.2. Определить категорию загрязнения почвы населенного пункта химическими веществами по суммарному показателю загрязнения; дать характеристику показателей здоровья населения, проживающего на данной территории. Исходные данные о содержании загрязняющих веществ в почве приведены в табл. 5.6.

Таблица 5.6

Варианты исходных данных для задания 5.2

Таблица 5.7

ПДК химических веществ в почве и допустимые уровни

Под загрязнением почв понимается насыщение поверхностных слоев земли физическим, химическими и биологическими ингредиентами, которые отрицательно влияют на окружающую среду и плодородие почв. Источниками загрязнения являются промышленность, транспорт, сельское хозяйство (применение удобрений, ядохимикатов, гербицидов и отходов животноводства), мелиорация, шум, вибрация, энергетические излучения, свалки промышленных и бытовых отходов. За счет промышленного и сельскохозяйственного загрязнений в почвы поступают тяжелые металлы, нефтепродукты, фенолы, диоксины, бенз(а)пирен, СПАВ, углеводороды, радиоактивные вещества, пестициды, нитраты, азот аммонийный, фосфор, патогенные вещества и др.

Внесение удобрений и связанное с ним загрязнение имеют почти повсеместный характер, что обусловлено частичным усвоением растениями необходимых продуктов. Например, коэффициент использования растениями азота составляет 60%, а вынос фосфора с дренажными водами может достигать 0,6 кг/(га-год) в агрорудах, следовательно, в удобрениях содержатся тяжелые металлы, которые связываются в органоминеральные комплексы и могут накапливаться в почвах в тех или иных формах подвижности, например, при внесении 90 кг/га суперфосфата одновременно в почву поступает около 1 г меди, 56 г свинца, 1 г кадмия.

Особую опасность представляют пестициды - биологически высокоактивные вещества, которые ядовиты для определенных форм жизни и трудно разлагаемы. Установлено, что только 3% используемых инсектицидов являются действующими, остальные 9% теряются, поступая в почвы, растения и другие компоненты агроэкосистем. Из гербицидов наиболее опасен гранозан, содержащий ртуть до 76% по массе.

Загрязняющие вещества по воздействию на почвы подразделяются на две группы: почвохимически активные и биологически активные загрязнители. В первую группу входят вещества, воздействующие на окислительно-восстановительные реакции, реакции подкисления и подщелачивания почв. Это физиологически кислые соли, минеральные кислоты, основания, некоторые газы. Вторую группу составляют вещества органического и органоминерального характера - пестициды, токсичные элементы (Cd, Pb, Ilg, Cr, Ni, As, Си, Zn и др.), их соединения, радиоактивные вещества, избыток которых действует негативно на живые организмы.

Накопление в почвах подвижных веществ зависит от механического состава, их проницаемости, условий увлажнения. Влияние последнего фактора оценивается через коэффициент увлажнения, представляющий отношение величины атмосферных осадков к испаряемости или эвапотран- спирации. С этих позиций принято рассматривать типы водного режима почв, их механический состав и способность к аккумуляции загрязняющих веществ (табл. 7.2). Приведенные данные - один из первых отечественных результатов этого направления исследований, весьма актуального и востребованного в настоящее время. На основе показанных в таблице данных возможен прогноз самоочищения почв при загрязнении различными формами соединений.

В зависимости от способности к загрязнению микроэлементы подразделяются на четыре группы:

• 1) обладающие очень высоким потенциалом загрязнения: Cd, Hg, Pb, Си, Сг;
• 2) обладающие высоким потенциалом загрязнения: Bi, Mo, Fe, Se, Те, Ti, Ва, U;
• 3) со средним потенциалом загрязнения: Fe, Be, Ni, Со, As, Li, В, W, Al, V;
• 4) со слабым потенциалом загрязнения: Sr, Zr, La, Nb.

Опасность загрязнения почв биологически подвижными элементами элементами 1

Таблица 7.2

Примечание/, опасность загрязнения: 1 - очень слабая; 2 - слабая; 3 - средняя; 4 - сильная; 5 - очень сильная.

По степени выщелачивания химические элементы при гидролитическом разложении также подразделяются на четыре группы:

• 1) очень хорошо выщелачиваемые: Na, Са, Sr, As;
• 2) хорошо выщелачиваемые: К, Mg, Ва;
• 3) средиевъицелачиваемые: Zn, Со, Ni, Си, Pb, Si0 2 ;
• 4) слабовыщелачиваемые: Fe, Al, Ti, V, Cr, Ge.

Комплексные органоминеральные соединения с металлами в почвах весьма непрочны и разрушаются под влиянием микробиологической деятельности и физико-химических условий среды. При взаимодействии с растительностью образуются своеобразные ряды токсичности в зависимости от поступления тяжелых металлов (табл. 7.3). Представленные в таблице данные не утрачивают своей актуальности в связи с комплексностью и полнотой проведенного исследования. Они представляют значительный интерес при организации земледелия на загрязненных площадях.

Таблица 73

Ряды токсичности тяжелых металлов и других элементов (по С.Я. Бездиной, 2000)

1 Рэуце К., Кырстя С. Борьба с загрязнением почвы. М.: Агропромиздат, 1986.

Окончание табл. 73

Почвенный покров, будучи важнейшим компонентом биосферы, играет роль физико-химического и биологического депонента и нейтрализатора многих химических соединений. Детоксирующие свойства почв и грунтов проявляются в различной мере и зависят от содержания органического углерода, pH среды, емкости поглощения почвенного горизонта, активности деятельности почвенных организмов, метаболизма растений и др. Часть попадающих в почву загрязнений переходит в поверхностные и подземные воды, которые в конечным итоге попадают в реки и водоемы. Кроме этого определенное количество химических веществ переходит в трофические цепи «продукция земледелия - человек», «корма - животные - человек».

Поэтому при обращении с отходами и развитии отдельных видов природопользования (земледелия, животноводства, рекреационного) очень важно знать количественный и качественный состав этого источника загрязнения почв и грунтов.

В соответствии с СП 11-102-97 «Инженерно-экологические изыскания для строительства» химическое загрязнение почв и грунтов оценивается по суммарному показателю химического загрязнения (Z (.), являющемуся индикатором неблагоприятного воздействия па здоровье населения.

Суммарный показатель химического загрязнения (Z (.) характеризует степень химического загрязнения почв и грунтов обследуемых территорий вредными веществами различных классов опасности и определяется как сумма коэффициентов концентрации отдельных компонентов загрязнения по формуле

где п - число определяемых компонентов; K ci - коэффициент концентрации i-ro загрязняющего компонента, равный кратности превышения содержания данного компонента над фоновым значением:

Для загрязняющих веществ неприродного происхождения коэффициенты концентрации определяют как частное от деления массовой доли загрязнителя на его ПДК

Для получения данных о региональных фоновых уровнях загрязнения почв должны быть отобраны фоновые пробы почв вне сферы локального антропогенного воздействия. Отбор фоновых проб производится на достаточном удалении от поселений (с наветренной стороны), не менее чем в 500 м от автодорог, на землях (лугах, пустошах), где не осуществлялось применение пестицидов и гербицидов. При отсутствии фактических данных но регионально-фоновому содержанию контролируемых химических элементов в почве допускается использование справочных материалов или ориентировочных значений.

Если фактические данные опробования не превышают фоновых величин, дальнейшие исследования и мероприятия можно не проводить (территория признается благоприятной для строительства).

К дополнительным показателям экологического состояния почв селитебных территорий относятся генотоксичность (рост числа мутаций по сравнению с контрольным, число раз) и показатели биологического загрязнения: число патогенных микроорганизмов, коли-титр (наименьшая масса почвы в г, в которой содержится 1 кишечная палочка) и содержание яиц гельминтов.

Экологическое состояние почв селитебных территорий следует считать относительно удовлетворительным при соблюдении следующих условий:

• - суммарный показатель химического загрязнения (Z (.) - не более 16;
• - число патогенных микроорганизмов в 1 г почвы - менее 10 4 ;
• - коли-титр - более 1,0;
• - яйца гельминтов в 1 кг почвы - отсутствуют;
• - генотоксичность почвы - не более 2.

неорганической природы определяются класс опасности элемента, его ПДК и К тах - по одному из четырех критериев эколого-токсикологического состояния (К { , К ъ /С 3 , К 4), приведенных в табл. 7.4 согласно Методическим указаниям по оценке степени опасности загрязнения почвы химическими веществами, утвержденным Минздравом СССР от 13.03.1987 № 4266-87.

Таблица 7.4

Предельно допустимые концентрации некоторых химических веществ в почве и допустимые уровни их содержания по показателям вредности

Примечание. ПДК могут корректироваться в соответствии с действующими нормативным документами, согласно Перечню предельно-допустимых концентраций (ПДК) и ориентировочно-допустимых концентраций (ОДК) химических веществ в почве, утвержденному Минздравом СССР от 19.11.1991 № 6229-91.

В зависимости от фактического содержания элемента по табл. 7.5 и 7.6 оценивается степень загрязнения почвы.

Таблица 7.5

Фоновые содержания валовых форм тяжелых металлов и мышьяка в почвах (мг/кг) (ориентировочные значения для средней полосы России)

Таблица 7.6

Критерии оценки степени загрязнения почвы неорганическими

веществами

Таблица 7.7

Критерии оценки степени загрязнения почвы органическими веществами

При загрязнении почвы одним компонентом органического происхождения степень загрязнения определяется исходя из его ПДК и класса опасности по табл. 7.7.

При многокомпонентном загрязнении допускается оценка степени опасности по компоненту с максимальным содержанием.

Определение классов опасности, ПДК, ОДК загрязняющих веществ и общую оценку санитарного состояния почв производят в соответствии с нормативными документами Минздрава России и государственными стандартами РФ.

Опробование грунтов на содержание легколетучих токсикантов и других загрязнителей, проникающих в подпочвенные горизонты на глубину до 3-3,5 м (бензол, толуол, ксилол, этилбензол, хлорированные углеводороды, нефть и нефтепродукты), должно производиться в шурфах, скважинах и других горных выработках послойно (с глубины 0-0,2; 0,2-0,5; 0,5-1,0 м и далее не реже, чем через 1,0 м) на всю глубину зараженной области. На территории бывших отвалов, вблизи коллекторов, подземных газовых коммуникаций, хранилищ промышленных и бытовых отходов должен осуществляться отбор проб почвенного воздуха для контроля содержания метана, легколетучих хлорированных углеводородов. Предельно допустимая величина содержания легколетучих хлорированных углеводородов в почвенном воздухе не должна превышать 10 мг/м 3 .

Классификация уровней загрязненности земель химическими веществами (вне зависимости от способности загрязняющих веществ к миграции и трансформации в различных природных условиях) используется для оценок эколого-экономических ущербов. Определение уровня загрязнения проводится на основании показателей, которые используются и в качестве градаций при картографировании загрязненных земель в соответствии с Порядком определения размеров ущерба от загрязнения земель химическими веществами, утвержденным письмом Минприроды России № 04-25 и Роскомзема № 61-5678 от 27.12.1993. Группировка показателей унифицирована, не учитывает типовых особенностей почв и предназначена в первую очередь для принятия административных решений по использованию земель. Условно чистыми по этой группировке считаются земли с содержанием загрязняющих химических веществ, не превышающим их ПДК (табл. 7.8).

Таблица 7.8

Показатели уровня загрязнения земель химическими веществами

* ПДК или ОД К; при отсутствии ПДК (ОД К) неорганических соединений за ОД К принимается удвоенное региональное фоновое содержание элементов в незагрязненной почве.

** В пересчете на серу.

Таким образом, критерии оценки химического загрязнения для почв и земель согласно действующим нормативным документам различны. В связи с этим необходимо дифференцированно проводить оценки для почв и грунтов (земель).