Загрязнение окружающей среды в мире и в частности в Казахстане приобретает все более широкие масштабы. Это связано в интенсивным увеличением производства, расширением площадей пахотных земель, ростом бытовых отходов и др. Ученые Казахстана и других стран ближнего и дальнего зарубежья посвятили данной проблеме много трудов [1-14].
Целью нашей работы явилось изучение интенсивности загрязнения окружающей среды г. Экибастуз.
Экибастуз - город в Павлодарской области Казахстана. Экибастузский регион – крупнейший индустриальный район не только Павлодарской области, но и всего Казахстана. Экибастуз связан Южно-Сибирской железнодорожной магистралью с такими крупными городами, как Павлодар, Астана, Караганда, Алматы. В непосредственной близости от г. Экибастуз проходят автострада Караганда-Павлодар и канал Иртыш-Караганда, основной источник питьевого и технического водоснабжения района [15].
Угольная промышленность. Экибастузское месторождение угля –самое крупное в мире. ТОО «Богатырь Аксес Комир» - горное предприятие по добыче угля открытым способом. Производственная мощность разреза – 42 миллионов тонн угля в год. Потребителями угля являются энергосистемы Республики Казахстан и Российской Федерации. В ТОО «Богатырь Аксес Комир» внедрены международные стандарты качества. Разрез «Восточный» АО «Евроазиатская энергетическая корпорация». Производственная мощность – 22,5 млн. тонн угля в год. Промышленные запасы угля – 1,3 млрд.тонн, глубина разреза – 175 м. ТОО «Промсервис-Отан». Основной вид деятельности - перевозка грузов железнодорожным транспортом и пассажиров - автомобильным транспортом. Объем перевозок угля ежегодно составляет более 62,7 млн.тонн. Объем грузоперевозок составляет 10287,9 млн. тонно-километров. Услугами ТОО «Промсервис Отан» пользуются ТОО «БАК», АО «Евроазиатская Энергетическая корпорация», ТОО «Майкубен- Вест», ТОО «АЕS Экибастуз» [15, 16].
Энергетика. Экибастузские электростанции, связанные между собой Национальной электрической сетью, составляют основу электроэнергетики Казахстана. ТОО «АЕS Экибастуз» - станция ГРЭС-1 производит электрическую энергию в составе единой энергетической системы, доля вырабатываемой электроэнергии в Казахстане составляет 12%. Конденсационная электрическая мощность - 4000 МВт. Располагаемая мощность станции – 1800 Мвт. Выработка электроэнергии – 1866650 КВт. Отпуск электроэнергии – 1741944 КВт. Удельный расход топлива на отпуск – 427,47Г/КВт. АО «Станция Экибастузская ГРЭС 2» - одна из наиболее современных и динамично развивающихся станций в Республике Казахстан. Установленная мощность станции 1000 МВт. Станция работает в двухблочном режиме [15, 16].
В связи с производственной напряженностью изучение санитарно-гигиенического состояния окружающей среды г. Экибастуза представляется актуальным.
Материалы и методы исследования
Исследования проведены на урбанизированной территории г. Экибастуз в 30 точках в разных концах города.
Контрольным (чистым) регионом выбрана Щучинск-Боровская курортная зона (30 точек), которая расположена вне зоны промышленных загрязнений и по своим природно-климатическим характеристикам и социально-экономическим условиям жизни соответствует требованиям. Были исследованы компоненты окружающей среды: воздух, взвешенные вещества, почва, питьевая вода. Пробы почвы, водыотбирали в теплый (июнь) и холодный (декабрь) периоды года.
Для получения информации о концентраций вредных веществ в атмосферном воздухе был проведен круглосуточный (6-12-18-24 часовой) мониторинг в холодный и теплый периоды года.
Для выполнения исследований по определению тяжелых металлов в почве и воде были привлечены аккредитованные и сертифицированные лаборатории других организации и специалисты практического здравоохранения регионов.
Подготовка проб для определения тяжелых металлов в воде проводилась путем выпаривания воды. Сухой остаток передавался в лабораторию для определения тяжелых металлов. Пробоподготовка для определения наличия тяжелых металлов в почве была проведена в лаборатории токсикологии НЦ ГТ и ПЗ МЗ РК и заключается в следующем:
Почву взвешивали на аналитических весах (1 г), переносили в керамический или кварцевый тигель. К 1 г почвы добавляли 1 мл концентрированной азотной кислоты. Залитые кислотой пробы ставили на плиту под вытяжкой, до полного испарения кислоты. Во время испарения к почве прибавляли 0,02 мл перекиси водорода 5-10 раз, для более полного разложения матрицы. После первого испарения тигли с почвой остужали до комнатной температуры и повторяли еще 2 раза. Подготовленные пробы ставили в муфельную печь при температуре 4500С на 30 минут. Затем тигли вынимали из муфельной печи и остужали до комнатной температуры. В остуженные тигли добавляли 10 мл дистиллированной воды и стеклянной палочкой тщательно соскребали налет со стенок тигли.
В пенициллиновую баночку приспосабливали воронку с фильтровальной бумагой сложенную в конверт, под форму воронки. Выливали содержимое тигля в воронку с фильтровальной бумагой. Для полного очищения можно влить еще 5 мл дистиллированной воды. После фильтрации пенициллиновую баночку закрывали плотной крышкой. Пробы почвы передавались для дальнейшего анализа на атомно-абсорбционный спектрофотометр AA 140/240 фирмы Varian (Австралия).
Результаты исследования обрабатывали статистически. С учетом критерия Стьюдента регистрировали изменения показателей [17].
Результаты исследования
Состояние окружающей среды г. Экибастуз осложняется наличием на прилегающих территориях множества неорганизованных источников (карьеров, отвалов и т.д.), которые являются мощными источниками загрязнения атмосферы, почвы, воды.
В холодный период года на первом месте среди основных загрязнителей атмосферного воздуха находятся взвешенные вещества (рисунок 1), уровень которых в 24% достигает 1,3-2,6 ПДКсс, в среднем по городу этот показатель составляет 0,64 ПДКсс, на втором диоксид серы, в 20% точек его уровень достигает 1,4 ПДКсс, в целом же по городу этот показатель равен 0,5 ПДКсс, на третьем месте находится диоксид азота, в ряде точек его уровень соответствует 1 ПДКсс, в среднем по городу – 0,3 ПДКсс, фенол в ряде точек достигает 1,6 ПДКсс, но в среднем по городу составляет 0,14 ПДКсс. Индекс загрязнения атмосферы ИЗА5 по г. Экибастуз в холодный период года в среднем равен 1,8 что соответствует «низкому» уровню загрязнения.
Рисунок 1 – Степень преобладания загрязняющих веществ в атмосферном воздухе г. Экибастуз в холодное время года
В теплый период года на первом месте среди основных загрязнителей атмосферного воздуха находится диоксид азота, в 20% проб его уровень варьирует от 1 до 2 ПДКсс в среднем по городу этот показатель равен 0,6 ПДКсс, на втором взвешенные вещества, в 32% проб концентрация варьирует от 1 до 2,2 ПДКсс, в среднем по городу – 0,8 ПДКсс, на третьем месте диоксид серы – в 20% точек концентрация варьирует от 1 до 1,6 ПДКсс, в среднем же по городу этот показатель равен 0,4 ПДКсс, фенол был выявлен лишь в 8% проб, в одной пробе он был на уровне ПДКсс, в среднем по городу его уровень составляет 0,1 ПДКсс (таблица 1).
Таблица 1
Ранговые места загрязнителей атмосферного воздуха г. Экибастуз в теплый период года
|
Загрязняющее вещество |
Класс опасности |
Кратность превышения ПДКсс |
Ранговое место |
|
Диоксид азота |
2 |
0,6 |
1 |
|
Пыль |
3 |
0,8 |
2 |
|
Диоксид серы |
3 |
0,4 |
3 |
|
Фенол |
2 |
0,1 |
4 |
Индекс загрязнения атмосферы ИЗА5 по г. Экибастуз в холодный период года в среднем равен 1,8 что соответствует «низкому» уровню загрязнения.
Изучение загрязнения почвенного покрова г. Экибастуз в холодный период года показало, что в целом содержание ксенобиотиков в почве было в норме, кроме превышения концентрации кадмия и составило 1,13 ПДК. Содержание мышьяка в среднем по городу составило 0,6 ПДК. Превышения отмечались в 52% отобранных проб (таблица 2).
Таблица 2
Ранжирование загрязнителей почвы г. Экибастуз в холодный период года с учетом класса опасности
|
Загрязняющее вещество |
Класс опасности |
Кратность превышения ПДКсс |
Ранговое место |
|
Кадмий |
2 |
1,13 |
1 |
|
Мышьяк |
2 |
0,6 |
2 |
|
Ртуть |
1 |
0,3 |
3 |
В анализах почвы г. Экибастуз в теплый период года обнаружено повышенное содержание концентрации кадмия в 32% проб – до 2,6 ПДК, в среднем по городу этот показатель равен 0,6 ПДК, мышьяка в 56% точек превышает 0,5 ПДК, в среднем равна 0,54 ПДК, ртути в 8% проб концентрация превышает 0,5 ПДК, по городу находится на уровне 0,38 ПДК (таблица 3).
Таблица 3
Ранговые места загрязнителей почвы г. Экибастуз в теплый период года
|
Загрязняющее вещество |
Класс опасности |
Кратность превышения ПДКсс |
Ранговое место |
|
Кадмий |
2 |
0,6 |
1 |
|
Мышьяк |
2 |
0,54 |
2 |
|
Ртуть |
1 |
0,38 |
3 |
Индекс загрязнения почвы тяжелыми металлами ZC в среднем по г. Экибастуз в холодный и теплый периоды года был меньше 16 у.е., что свидетельствует о допустимой степени загрязнения почвы (таблица 4).
Таблица 4
Индекс загрязнения почвенного покрова г. Экибастуз (ZC, у.е.)
|
Населенный пункт |
Норма |
Теплый период |
Холодный период |
Среднегодовые значения |
|
г. Экибастуз |
<16 |
14,32±0,48 |
0,12±0,01 |
7,22 |
Однако в теплый период года в г. Экибастуз на улице Кунаева в юго-восточной части города, в парке «Шахтер» и на пересечении улиц Беркимбаева и Горняков почва была умеренно загрязнена тяжелыми металлами, о чем свидетельствует ZC=17,02-22,58 у.е. На остальной территории ZC были ниже 16 у.е. (допустимая степень загрязнения).
Результаты спектрального анализа проб централизованной питьевой воды г. Экибастуз в холодный период года показали отсутствие превышения ПДК в содержании кадмия (0,004-0,06 ПДК), свинца (0,003-0,03 ПДК), цинка (0,005-0,023 ПДК), марганца (0,015-0,12 ПДК), никеля (0,001-0,01 ПДК), меди (0,0004-0,002 ПДК), кобальта (0,00004-0,009 ПДК), железа (0,008-0,06 ПДК), кадмия (0,004-0,06 ПДК), ртути (0,00004-0,013 ПДК), селена (0,0-1,0 ПДК), нитратов (0,001- 0,01 ПДК) и нитритов (0,000-0,003 ПДК) (таблица 5).
Таблица 5
Оценка уровня загрязнения централизованной воды г. Экибастуз тяжелыми металлами, нитратами и нитритами в холодный период года
|
Химиче-ский элемент |
n |
M+m, мг/л |
ДИ |
Размах колебаний (Min-Max) |
ПДК, мг/л |
Крат-ность к ПДК |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
Ртуть |
20 |
0,000001+0,0000001 |
0,000000:0,000002 |
0,00000001-0,000006 |
0,0005 |
0,002 |
|
Селен |
20 |
0,006+0,0008 |
0,004:0,008 |
0,000-0,011 |
0,01 |
0,63 |
|
Свинец |
20 |
0,0004+0,00004 |
0,0003:0,0005 |
0,00008-0,0082 |
0,03 |
0,01 |
|
Медь |
20 |
0,001+0,0001 |
0,0009:0,0012 |
0,0004-0,0018 |
1 |
0,001 |
|
Цинк |
20 |
0,013+0,0009 |
0,011:0,015 |
0,0048-0,0227 |
1 |
0,01 |
|
Марганец |
20 |
0,006+0,0006 |
0,0051:0,0075 |
0,0015-0,0122 |
0,1 |
0,06 |
|
Никель |
20 |
0,0005+0,00005 |
0,00039:0,0058 |
0,00008-0,001 |
0,1 |
0,005 |
|
Кобальт |
20 |
0,0003+0,00004 |
0,00026:0,00043 |
0,00004-0,0009 |
0,1 |
0,003 |
|
Железо |
20 |
0,011+0,0008 |
0,0091:0,0123 |
0,0024-0,0181 |
0,3 |
0,04 |
|
Кадмий |
20 |
0,00003+0,000003 |
0,000019:0,000031 |
0,000004-0,00006 |
0,001 |
0,03 |
|
Нитраты |
20 |
0,15+0,018 |
0,12:0,19 |
0,04-0,44 |
45 |
0,003 |
|
Нитриты |
20 |
0,002+0,0004 |
0,0013:0,0032 |
0,000-0,000 |
3,3 |
0,001 |
|
Примечание - ДИ – доверительные интервалы[-95%:+95%] |
||||||
Во всех пробах не отмечалось превышения ПДК в содержании кадмия (следовые значения от ПДК), никеля (0,003-0,88 ПДК), меди (0,0004-0,22 ПДК), кобальта (0,001-0,63 ПДК), нитратов (0-0,02 ПДК), нитритов (0-0,002 ПДК) ртути (0,00004-0,001 ПДК) и селена (0,0001-0,12 ПДК) за исключением некоторых небольших территорий (23 микрорайон, пересечение улиц Б.Жырау и Строительная, а также северная сторона от 18 микрорайона на окраине города).
В 15% проб воды отмечалась повышенная концентрация свинца – 34,8-62,0 ПДК (1,04-1,86 мг/л при ПДК=0,03 мг/л), цинка – 2,03-2,43 ПДК (2,03-2,43 мг/л при ПДК=1 мг/л), железа - 4,39-5,34 ПДК (1,32-1,60 мг/л при ПДК=0,3 мг/л) и марганца - 21,9-28,5 ПДК (2,19-2,85 мг/л при ПДК=0,1 мг/л). Еще в 15% проб (окраина города в западной стороне от 19 микрорайона, 9 микрорайон и улица Строительная) отмечалось незначительное повышение концентрации марганца, превышающие ПДК– в 1,08-1,87 раз (0,108-0,187 мг/л при ПДК=0,1 мг/л). В среднем по г. Экибастуз содержание свинца в питьевой воде соответствовало 7,15 ПДК (размах колебаний – 0,008-62,0 ПДК), цинка - 0,39 ПДК (размах колебаний – 0,009-2,43 ПДК), железа - 0,89 ПДК (размах колебаний – 0,02-5,34 ПДК) и марганца - 4,33 ПДК (размах колебаний – 0,04-28,45 ПДК). В 20% проб воды (23 микрорайон, на пересечении улиц Б.Жырау и Строительная, 9 микрорайон) отмечалось повышение концентрации кадмия, соответствующие 1,3-10,5 ПДК (0,00131-0,0105 мг/л при ПДК=0,001 мг/л). В среднем по г. Экибастуз содержание кадмия в питьевой воде соответствовало 1,6 ПДК (размах колебаний – 0,004-10,5 ПДК) (таблица 6).
Таблица 6
Оценка уровня загрязнения централизованной воды г. Экибастуз тяжелыми металлами, нитратами и нитритами в теплый период года
|
Химиче-ский элемент |
n |
M+m, мг/л |
ДИ |
Размах колебаний (Min-Max) |
ПДК, мг/л |
Крат-ность к ПДК |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
Ртуть |
20 |
0,000001+ 0,0000004 |
0,0000003: 0,000002 |
0,000000- 0,000006 |
0,0005 |
0,002 |
|
Селен |
20 |
0,006+0,0010 |
0,0041:0,0078 |
0,00001- 0,012 |
0,01 |
0,06 |
|
Свинец |
20 |
0,21+0,120 |
0,034:0,463 |
0,0003-1,86 |
0,03 |
7,15 |
|
Медь |
20 |
0,035+0,020 |
0,002:0,067 |
0,0004-0,219 |
1 |
0,04 |
|
Цинк |
20 |
0,38+0,170 |
0,02:0,75 |
0,009-2,43 |
1 |
0,39 |
|
Марганец |
20 |
0,43+0,20 |
0,008:0,857 |
0,004-2,85 |
0,1 |
4,33 |
|
Никель |
20 |
0,01+0,006 |
0,001:0,025 |
0,0003-0,088 |
0,1 |
0,13 |
|
Кобальт |
20 |
0,009+0,0040 |
0,0007:0,0182 |
0,0001-0,063 |
0,1 |
0,10 |
|
Железо |
20 |
0,27+0,116 |
0,024:0,509 |
0,007-1,60 |
0,3 |
0,89 |
|
Кадмий |
20 |
0,002+0,0010 |
0,00001:0,0032 |
0,000004-0,011 |
0,001 |
1,58 |
|
Нитраты |
20 |
0,34+0,033 |
0,26:0,41 |
0,000-0,70 |
45 |
0,01 |
|
Нитриты |
20 |
0,002+0,0002 |
0,0014:0,0025 |
0,000-0,005 |
3,3 |
0,001 |
|
Примечание - ДИ – доверительные интервалы[-95%:+95%] |
||||||
Как показали анализы, индекс загрязнения питьевой воды тяжелыми металлами ИЗВт.м. в г. Экибастуз в холодный период года был ниже 0,2 у.е., что характеризует питьевую воду как очень чистую (1 класс качества). В теплый период года средний ИЗВт.м. по г. Экибастуз соответствовал 1,22 у.е. – умеренно грязная вода (3 класс качества). Среднегодовые значения ИЗВт.м. в г. Экибастуз соответствуют 2 классу качества (чистая) (таблица 7).
Таблица 7
Индекс загрязнения питьевой воды г. Экибастуз (ИЗВт.м., у.е.)
|
Населенный пункт |
Норма |
Теплый период |
Холодный период |
Среднегодовые значения |
|
г. Экибастуз |
<0,2 |
1,22±0,61* |
0,067±0,007 |
0,644 |
Таким образом, только в теплый период года отмечалось загрязнение питьевой воды в г. Экибастуз на 15% территории свинцом (34,8-62,0 ПДК), цинком (2,03-2,43 ПДК) и железом (4,39-5,34 ПДК), на 30% территории – марганцем (1,08-28,5 ПДК) и на 20% территории – кадмием (1,3-10,5 ПДК). Питьевая вода в г. Экибастуз по усредненному ИЗВт.м. умеренно загрязнена тяжелыми металлами за счет того, что на 15% территории города вода была грязная (ИЗВт.м.=6,45-8,34 у.е.). В холодный период года в г. Экибастуз питьевая вода соответствовала санитарным нормам.
Обсуждение
Таким образом из вышеприведенных данных можно сделать следующие выводы: в г. Экибастуз в холодный период года наиболее загрязненным является атмосферный воздух 56,9 %, на втором месте находится почва – 35,1 %, на третьем вода 8,1% (рисунок 2).
Рисунок 2 – Процентное соотношение сред по степени загрязнения химическими веществами в г. Экибастуз в холодный период года
Рисунок 3 – Процентное соотношение сред по степени загрязнения химическими веществами в г. Экибастуз в тёплый период года
Выводы
Таким образом, результаты комплексных исследований, показали, что на селитебной территории г. Экибастуз были выявлены зоны загрязнения с различной степенью напряженности. В теплый и холодный периоды года экологическая ситуация характеризуется как относительно напряженная.