Гигиеническое нормирование содержания тяжелых металлов в объектах окружающей среды

Гигиеническое нормирование содержания тяжелых металлов в объектах окружающей среды

Примечание: *- подвижная форма кобальта извлекается из почвы ацетатно-натриевым буферным раствором с рН 3,5 для сероземов и ацетатно-аммонийным буферным раствором с рН 4,8 для остальных типов почв;

**- подвижная форма элемента извлекается из почвы ацетатно-аммонийным буферным раствором с рН 4,8; а) для почв песчаных или супесчаных; б) для почв кислых (суглинистых и глинистых) рН<5,5; в) для почв с кислотностью близкой к нейтральной (суглинистых и глинистых) рН>5,5

В работе [13] был предложен подход к экологическому нормированию на основе природно-географического критерия “фоновое содержание”, под которым понимают содержание загрязняющих элементов и соединений в почвах, соответствующих сочетанию естественных факторов почвообразования на территориях, не испытывающих заметного антропогенного воздействия.

С целью выявления закономерностей варьирования показателя различные типы почв были сгруппированы на основании сходства-различия их физико-химических свойств. Введены понятия “экологическая норма содержания - ЭНС”, соответствующая фоновому содержанию химических элементов, седиметационная или иная нагрузка на которые не превышает интенсивности выноса поступающих элементов за границы ландшафта; “предельно-допустимое содержание - ПДС” равное приблизительно 4-х кратному значению ЭНС; “экологически критическое содержание - ЭКС”, равное в среднем 64 кратному значению ЭНС (табл. 2.6)

 Таблица 2.6

Экологические показатели уровня загрязнения почв, мг/кг [14]

Однако среды многих исследователей существует убеждение, что наиболее объективную оценку загрязнения почв ТМ можно получить при определении в почве содержания подвижной формы ТМ. Классификация почв по степени загрязнения подвижными формами ТМ приведена в табл. 2.7 [14, 15].

Таблица 2.7

Классификация почв по содержанию и степени загрязнения подвижными формами ТМ , мг/кг воздушно-сухой почвы , ацетатно-аммонийный буфер, рН 4,8

Недостатком данной классификации является не учет совместного отрицательного эффекта, поскольку почвы загрязняются одновременно несколькими химическими элементами. Следует учитывать не только ингибирующее , но и стимулирующее действие ТМ.

Таким образом, можно сделать вывод, что система нормирования содержания ТМ в почвах еще далека от совершенства. Даже если содержание ТМ ниже ПДК, остается опасность загрязнения почв, растений и сопредельных ландшафтов, что вызывает необходимость проведения регулярного контроля состояния ТМ в агроценозах и осуществления агротехнических и агрохимических мероприятий, снижающих подвижность ТМ и возможность их поступления в растения [16] .

2.4 Пищевые продукты

Человеческий организм содержит многие металлы, хотя и в весьма малых концентрациях. Отдельные элементы являются составной частью ферментов, гормонов и их относят к жизненно необходимым. Оптимальная физиологическая потребность для взрослого человека в сутки составляет (в мг): в меди – 2,0 – 2,5; марганце – 5 – 6; кобальте – 0,1 – 0,2; цинке – 10 – 12; молибдене – 0,2 – 0,3; никеле – 0,6 – 0,8 и в железе – 15 -20 [17].

К. Рейли [18] считает, что необходимые для человеческого организма металлы можно разделить по их количественному содержанию на два класса (табл. 2.8). Калий, магний, кальций и натрий относят к макроэлементам, остальные – к микроэлементам.

Таблица 2.8

Классификация металлов, содержащихся в организме [18]

К токсичным относят те металлы, которые не являются жизненно необходимыми, ни благотворными, и даже в малых дозах приводят к нарушению нормальных метаболических функций.

Неблагоприятное действие тяжелых металлов, а также других ксенобиотиков, связано с миграцией химических веществ по одной или нескольким экологическим цепям:

- воздух – человек;

- вода – человек;

- пищевые продукты – человек;

- почва - вода – человек;

- почва – растение – человек;

- почва – растение – животное – человек и т.д.

Считается [19], что из ядов, регулярно попадающих в организм человека, около 70% поступает с пищей, 20 % - из воздуха и 10 % - с водой.

В табл. 2.9 приведены средние величины глобальных антропогенных потоков токсичных микроэлементов в воздух, воду и почву [20].

Таблица 2.9

Средние уровни глобального антропогенного загрязнения микроэлементами (млн.т/год)

Активная циркуляция микроэлементов, накапливающихся в природных средах и далее неизбежно по пищевым цепям, создает серьезную угрозу для здоровья современного человека, а также будущих поколений [21].

При нормировании химических веществ в пищевых продуктах предельно допустимая концентрация (ПДК) устанавливается с учетом допустимой суточной дозы (ДСД) или допустимого суточного поступления (ДСП). Необходимость такого подхода обусловлена чрезвычайным разнообразием пищевого рациона и его химического состава, что не позволяет нормировать допустимое содержание химического вещества в каждом пищевом предмете.

Особой токсичностью отличаются такие тяжелые металлы, как ртуть, кадмий, свинец. Эти элементы обладают сильно выраженными токсикологическими свойствами даже при самых низких концентрациях. Поскольку отдельные пищевые продукты, не употребляемые ежедневно, могут быть в довольно высокой степени загрязнены этими тяжелыми металлами, для них комитет экспертов Продовольственной и сельскохозяйственной секции Организации Объединенных Наций и экспертная группа Всемирной организации здравоохранения (ФАО/ВОЗ) ввели норматив, названный предварительным недельным поступлением (табл. 2.10) [20].

Таблица 2.10

Рекомендации ФАО/ВОЗ о допустимом еженедельном поступлении токсичных тяжелых металлов с пищей и другими источниками

В табл. 2.11 приведены рекомендации ФАО/ВОЗ по допустимым количествам некоторых металлов в основных группах пищевых продуктов.

Таблица 2.11

Допустимые остаточные количества металлов в основных группах пищевых продуктов (мг/кг сырого продукта) [20]

В табл. 2.12 представлены ПДК тяжелых металлов и мышьяка в пищевых продуктах.

Таблица 2.12

ПДК тяжелых металлов в продовольственном сырье и пищевых продуктах [22]

Примечание. В скобках указаны ПДК для детского и диетического питания

Следует отметить, что одним из факторов, приводящих к увеличению попадающего в организм кадмия, является курение. С каждой сигаретой курильщики вдыхают 0,1 – 0,2 мкг кадмия. Некоторые металлы попадают в пищевые продукты при контакте с металлической посудой, оборудованием, упаковкой и т.д.

Для достижения норм ПДК следует применять такие агротехнические приемы, как известкование и внесение минеральных и органических удобрений в почву. Среди биологических приемов следует выделить выращивание толерантных сортов и культур, используемых в пищу или в качестве корма для животных. Содержание тяжелых металлов в овощах и картофеле существенно снижается при кулинарной обработке [19].

Необходимо внедрить в практику отражение в сертификате каждого продукта, продаваемого обязательно в упаковке, не только состава и калорийности, но и количества основных токсикантов с указанием норм ПДК. В настоящее время в нашей стране контроль над безопасностью пищевых продуктов нельзя признать удовлетворительным.

2.5 КОРМА ДЛЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЖИВОТНЫХ

Необходимость в сохранении здоровья населения предусматривает нормирование содержания тяжелых металлов в пищевых продуктах. Использование человеком в пищу продуктов животноводства (мясо, молоко, яйца) также должно предусматривать использование экологически чистой продукции, что может быть достигнуто нормированием содержания токсичных веществ, в частности тяжелых металлов, в кормах для сельскохозяйственных животных.

В табл. 2.13 представлены данные по временному максимально-допустимому уровню (МДУ) некоторых химических элементов в кормах, утвержденные Главным управлением ветеринарии Госагропрома СССР в 1987 году [23].

Однако следует отметить, что физиологические потребности в металлах у растений разные, что приводит к большому разбросу содержания тяжелых металлов в растительности даже на незагрязненных почвах (табл. 2.14) [24]

Таблица 2.13

Временный максимально-допустимый уровень (МДУ) некоторых химических элементов в кормах для сельскохозяйственных животных (мг/кг корма)

Таблица 2.14

Содержание тяжелых металлов в растительности на незагрязненных почвах (усредненные данные)

Из сопоставления данных табл. 2.13 и табл. 2.14 следует, что содержания металлов на уровне МДУ или превышающем его характерно для таких металлов как Ni, Cr, Cd и Hg. Как низкое содержание металлов в почве, так и высокое может приводить к снижению урожайности растений. Нормальное содержание обеспечивает максимальный урожай.

В табл. 2.15 представлены данные по нормированию содержания тяжелых металлов в растениях [24].

Таблица 2.15

Нормирование содержания тяжелых металлов в растениях, (мг/кг сухого вещества)

Представленные данные подтверждают вывод о том, что нормальный уровень содержания тяжелых металлов в растениях для некоторых металлов может превышать МДУ.

Тот факт, что содержание тяжелых металлов в сельскохозяйственных растениях может превышать МДУ, при выращивании на почвах с содержанием тяжелых металлов ниже МДУ, отмечен также в работе [25] на примере таких растений, как пшеница, ячмень, кукуруза и луговые травы. В этой же работе показано, что основная масса тяжелых металлов концентрируется в надземных и даже на незагрязненных почвах (табл. 2.14) [25] частях растений, т.е. отчуждается с урожаем. Часть их концентрируется в корневых системах и вновь поступает в почву при разложении корневых остатков.

При антропогенном загрязнении почвы тяжелыми металлами их содержание в кормах может стать выше значений МДУ.

Растения, произрастающие в условиях избытка тяжелых металлов, разделяют на 3 группы: накопители, исключители и индикаторы. Накопители отличаются повышенным содержанием металла в растительных органах независимо от его концентрации в почве. У исключителей поступление токсикантов в надземную массу задерживается и остается на низком уровне в широком диапазоне концентраций этих элементов во внешней среде. И только при содержании выше критического уровня начинается неограниченное поступление загрязнителей в растения, когда его механизмы нарушаются. У индикаторов поглощение и транспорт тяжелых металлов в надземную часть пропорционально их концентрации в почве [26].

Чувствительность растений к действию тяжелых металлов имеет практическое значение. С одной стороны необходимо выявить растения, наиболее чувствительные к загрязнению почв, для определения опасного уровня загрязнения, что тесно связано с нормированием содержания в них тяжелых металлов. С другой стороны, необходимо найти наиболее устойчивые к токсикантам культуры для безопасного использования загрязненных почв.

Что же делать с сельскохозяйственной продукцией, содержащей тяжелые металлы в количествах, в несколько раз превышающих установленные нормативы? По мнению авторов работы [27] существуют только два возможных варианта: первый – уничтожить выращенную сельскохозяйственную продукцию, второй – перемешать грязную продукцию с чистой.

Выводы

1. Рассмотрены основные принципы нормирования качества окружающей природной среды. Объектами охраны окружающей природной среды являются природные объекты, природные ресурсы и природные комплексы. К природным объектам относятся земля, недра, воды, леса, животный мир, воздух. Природные ресурсы являются источниками потребления природы человеком и делятся на исчерпаемые и неисчерпаемые, возобновляемые и невозобновляемые. Природные комплексы- территории, на которых функционирует несколько природных объектов (заповедники, национальные парки, редкие ландшафты), находящихся под охраной закона.

2. Показано, что нормирование качества окружающей природной среды - это деятельность по установлению нормативов предельно допустимых воздействий человека и сохранения растительного и животного мира. Гигиеническое нормирование охватывает также производственную и жилично - бытовую сферу жизни человека.

3. Среди различных токсических веществ, загрязняющих воду, воздух и почву, проявляющие высокую токсичность при очень низких концентрациях.

Показано, что основной путь поступления тяжелых металлов в окружающую среду - это антропогенная деятельность человека, связанная с промышленными предприятиями по их добыче, переработке и использованию. Рассмотрены основные сведения о негативном воздействии соединений некоторых тяжелых металлов (меди, цинка, свинца, мышьяка, хрома, марганца, железа, кобальта и никеля). На организм человека.

4. Рассмотрены и проанализированы значения предельно – допустимых концентраций (ПДК) тяжелых металлов в воздухе, воде и почве. Отдельно проанализированы значения ПДК в пищевых продуктах, употребляемых человеком , и в кормах сельскохозяйственных животных. Показано, что для обеспечения безопасности и здоровья людей необходим более тщательный контроль за содержанием тяжелых металлов.

Приложение

Краткий словарь экологических терминов

Биосфера – оболочка Земли, в которой совокупная деятельность живых организмов проявляется как геохимический фактор планетарного масштаба.

Вода очищенная – вода, доведенная до содержания в ней количества примесей, не превышающего естественного фона или допустимой величины.

Вода чистая – вода, не содержащая загрязнений. С санитарной точки зрения В.ч. – не вызывающая у человека ухудшения здоровья.

Деградация – постепенное ухудшение, утрата исходных качеств.

Доза предельно допустимая (ПДД) – максимальное количество вредного агента, проникновение которого в организмы (через дыхание, пищу и т.д.) или их сообщества еще не оказывает на них пагубного влияния. Устанавливается единовременная ПДД и ПДД за определенный промежуток времени (час, день и т.п.).

Доза токсичная – минимальное количество вредного агента, приводящее к заметному отравлению организма.

Загрязнение антропогенное – загрязнение, возникающее в результате хозяйственной деятельности людей.

Загрязнение трансграничное – загрязнение среды, охватывающее территорию нескольких государств или целые континенты и формирующееся за счет трансграничного переноса загрязнителей.

Зона санитарно-защитная – полоса, отделяющая промышленное предприятие от селитебной территории (населенного пункта).

Зона жилая (селитебная) – район населенного пункта, предназначенный исключительно или почти исключительно для размещения жилья с выводом из него или запрещением строительства в нем промышленных объектов.

Канцероген – вещество или физический агент, способствующие развитию злокачественных новообразований или их возникновению.

Количество предельно допустимые остаточные (ПДОК) – количества вредных веществ в пищевых продуктах, способных к накоплению в рыбе и др. организмах.

Концентрация максимальная разовая – концентрация загрязнителя в воздухе (населенных мест), не вызывающая рефлекторных реакций в организме человека.

Концентрация среднесуточная предельно допустимая – концентрация загрязнителя в воздухе, не оказывающая на человека прямого или косвенного вредного воздействия при круглосуточном вдыхании.

Лимитирующий (ограничивающий) фактор – ограничитель для течения какого-либо процесса или существования организма.

Лимитирующий признак вредности – признак, характеризующийся наименьшей безвредной концентрацией вещества в воде.

Локальный – относящийся к ограниченной местности.

Нормирование качества среды (воды, воздуха, почвы) – установление пределов, в которых допускается изменение ее естественных свойств. Обычно норма определяется по реакции самого чуткого к изменениям среды вида организмов (организм - индикатора), но могут устанавливаться также санитарно-гигенические и экономически целесообразные нормативы.

Среда обитания – совокупность конкретных абиотических и биотических условий, в которых обитает данная особь, популяция или вид.

Сток загрязненный – сточные воды, содержащие примеси в количествах, превышающих ПДК.

Токсические вещества – ядовитые вещества.

Толерантность – способность организма переносить неблагоприятное влияние того или иного фактора среды.

Экология – наука, изучающая взаимоотношения живых организмов между собой и окружающей средой.

Доза летальная (абсолютная)LD – минимальное количество вредного агента, попадание которого в организм неминуемо приводит к его смерти.

Литература

1. Израэль Ю.А Экология и контроль состояния природной среды. М.: Гидрометеоиздат, 1984. 560 с.

2. Опекунов А.Ю Экологическое нормирование. СПб.: ВнииОкеология, 2001. 216 с.

3. Цветкова Л.И., Алексеев М.И. и др. Экология. СПб.: Химиздат, 2001. 552 с.

4. Ахметов Т.Г, Порфирьева Р.Т. Химическая технология неорганических веществ. т. 1. М.: Высшая школа, 2002. 688 с.

5. Ахметов Т.Г, Порфирьева Р.Т. Химическая технология неорганических веществ. т. 2. М.: Высшая школа, 2002. 533 с.

6. Пестриков С.В, Красногорская Н.Н., Сапожникова Е.Н., Исаева О.Ю. Снижение экологической опасности металлсодержащих сточных вод. Уфа.: Изд-во УГАТУ, 2006. 252 с.

7. Заславский Е.М. О Нормирования в области охраны окружающей среды // Экология производства. 2006. №6. С. 58 – 64.

8. Беспамятнов Г.П. Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе и воде. Л.: Химия, 1975. 456 с.

9. Кобата – Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях. М.: Мир, 1989. 439 с.

10. Саэт Ю.Э., Ревич Б.А., Янин Е.П. и др. Геохимия окружающей среды. М.: Недра, 1990. 334 с.

11. СанПиН 2.1.1.573 – 96 «Гигиенические требования к использованию сточных вод и их осадков для орошения и удобрения».

12. Ильин В.Б. Оценка существующих экологических нормативов содержания тяжелых металлов в почве // Агрохимия. 2000. №9. С. 74 – 80.

13. Матвеев Ю.М., Прохоров А.Н. Проблемы экологического нормирования содержания химических соединений в почвах различных типов // Тезисы докладов международной конференции «Проблемы антропологического почвообразования». т. 3. 1997. С. 53 – 56.

14. Алексеева А.С. Влияние применения нетрадиционных органических удобрений на накопление тяжелых металлов и биологическую активность дерново-подзолистых супесчаных почв. Дисс. канд. биол. Наук. Москва, МГУ, 2002. 145с.

15. Обухов А.И. Методические основы разработки ПДК ТМ и классификация почв по загрязнению. Система методов изучения почвенного покрова, деградированного под влиянием химического загрязнения. М.: Мир, 1992. 20 с.

16. Аристархов А.Н. Оптимизация питания растений и применения удобрений в агроэкосистемах. М.:ЦИНАО, 2000. 524 с.

17. Габович Р.Д., Припутина Л.С. Гигиенические основы охраны продуктов питания от вредных химических вещств. Киев.: Здоровье, 1987. 248 с.

18. Рейли К. Металлические загрязнения пищевых продуктов. М.: Агропромиздат, 1985. 183 с.

19. Черников В.А., Алексахин В.М., Голубев А.В. и др. Агроэкология. М.: Колосс, 2000. 536 с.

20.Кузубова Л.И. Токсиканты в пищевых продуктах // Аналитический обзор. Новосибирск, 1990. 127 с.

21. Майстренко В.Н., Хамитов Р.З., Будников Г.К. Эколого-аналитический мониторинг суперэкотоксикантов. М.: Химия, 1996. 319с.

22. Скибенко В.В., Вихрова О.Е. Регламентация загрязняющих веществ в биосфере. М.: Инфермэлектро, 2003. 48с.

23. СанПиН 2.1.7.573 – 96 «Гигиенические требования к использованию сточных вод и их осадков для орошения и удобрения».

24. Ильин В.Б. Тяжелые металлы в системе почва-растение. Новосибирск.: Наука, 1991. 151 с.

25. Фирсова В.П., Павлова Т.С., Тощев В.В, Прокопович Е.В. Сравнительное изучение содержания тяжелых металлов в лесных, луговых и пахотных почвах лесостепного Зауралья // Экология. 1997. №2. С. 96 – 101.

26. Алексеев Ю.В. Тяжелые металлы в почвах и растениях. Л.: Агропромиздат, 1987.142 с.

27. Мильчакова О.В., Иванов А.И., Тяжелые металлы в сельскохозяйственных растениях // Экология и промышленность России. 2000. №9.С.38 – 40.

Страницы: 1, 2, 3