Элементный состав биосред как интегральный показатель опасности полиметаллического загрязнения компонентов окружающей среды урбанизированных территорий и рекомендации по минимизации опасности (на прим
На правах рукописи
Тунакова Юлия Алексеевна ЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВ БИОСРЕД КАК ИНТЕГРАЛЬНЫЙ ПОКАЗАТЕЛЬ ОПАСНОСТИ ПОЛИМЕТАЛЛИЧЕСКОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ КОМПОНЕНТОВ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ И РЕКОМЕНДАЦИИ ПО МИНИМИЗАЦИИ ОПАСНОСТИ (НА ПРИМЕРЕ г. КАЗАНИ) 03.00.16 – экология
Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора химических наук
Казань 2006
Работа выполнена в ГОУ ВПО Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева, Институте экологии природных систем Акаде мии наук Республики Татарстан, ГОУ ДПО Казанская государственная меди цинская академия.
Научные консультанты: доктор химических наук, профессор Будников Герман Константинович доктор медицинских наук, доцент Файзуллина Резеда Абдулахатовна
Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор Фридланд Сергей Владимирович доктор химических наук, профессор Сафарова Валентина Исаевна доктор медицинских наук, доцент Сафина Асия Ильдусовна Ведущее учреждение Институт безопасности жизнедеятельности Республики Башкортостан (г. Уфа)
Защита состоится 19 декабря 2006 г. в 1400 на заседании диссертационного Совета Д 212.081.19 при ГОУ ВПО «Казанский государственный университет им. В.И. Ульянова-Ленина» (420008, г. Казань, ул. Кремлевская, 18)
С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ГОУ ВПО «Казан ский государственный университет им. В.И. Ульянова-Ленина» Автореферат разослан 16 ноября 2006 г.
Ученый секретарь Диссертационного Совета, доктор химических наук, профессор Г.А.Евтюгин
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы. Наиболее информативными объектами иссле дования в системе экологического мониторинга металлов на урбанизированных территориях являются атмосферный воздух, определяющий аэрогенное поступ ление поллютантов на территорию города, депонирующие среды - снежный и почвенный покровы, питьевые и хозяйственные воды, как характеристика во дооборота города. Причем комплексная оценка содержания металлов в этих объектах позволяет выявить металлы, изменчивость содержания которых явля ется индикатором напряженности экологической ситуации в городе.
В случае ограниченных в пространстве и времени данных эксперимен тальных наблюдений, содержание металлов в компонентах природной среды может рассчитываться с использованием методов математического моделиро вания. Посредством геохимического картографирования распределения загряз няющих веществ в природных средах можно охарактеризовать интегральную степень загрязнения, провести эколого-геохимическое зонирование территории, выделить зоны повышенного загрязнения, а также оценить вклад основных ис точников загрязнения.
Для повышения достоверности оценок экологического состояния окру жающей среды и экологических прогнозов важное методологическое значение имеет поиск и обоснование новых маркеров экологического неблагополучия.
Согласно биогеохимической теории академика В.И. Вернадского (кон цепция «атомных вихрей»), в результате биогенной миграции атомов практиче ски все элементы внешней среды в большей или меньшей степени поступают во внутреннюю среду организма человека, что определяет его отклик на изме нения химического состава среды обитания.
В связи с этим представляет интерес использование биосред организма человека как объекта экологического мониторинга, позволяющего оценить ха рактер и степень воздействия металлов на территории мегаполиса. Исследова ние содержания металлов в биосредах отражает интегральный эффект их воз действия и может быть использовано исследователем как последний аналити ческий «срез» при проведении экологического мониторинга территорий.
Металлы поступают в организм преимущественно с потребляемой питье вой водой и вдыхаемым воздухом, циркулируют в крови, выводятся в основном с мочой и калом. Одним из мест их активного депонирования являются волосы.
Содержание металлов в волосах отражает их длительное поступление, в моче и в сыворотке крови – динамично реагирует на изменения содержания ме таллов во внешней среде. Эти обстоятельства обусловили выбор данных био сред в качестве объектов экологического мониторинга металлов на исследуе мой территории. Нами исследовались биосреды детского населения в силу их большей чувствительности и возможности проводить исследование территори ально-дифференцированно.
Известны недостатки использования величин ПДК для оценки качества объектов окружающей среды, которые не учитывают региональные особенно сти резистентности живых организмов, проживающих на исследуемой террито рии. Накопление металлов в биосредах позволяет адекватно оценивать регио нальные особенности и степень антропогенного воздействия металлов на чело века. Эти преимущества особенно значимы, если обратиться к конечным целям проведения экологического мониторинга - обеспечению экологической безо пасности населения.
Для обеспечения экологической безопасности населения, проживающего на исследуемой территории, необходима разработка рекомендаций по умень шению неблагоприятных воздействий среды на человека. С целью минимиза ции негативных влияний повышенных уровней содержания металлов во внеш ней среде необходимо разработать методы как для предотвращения дальнейше го накопления металлов, так и для выведения их избыточного количества из ор ганизма.
Цель исследования: Количественное описание зависимости содержания металлов в компонентах окружающей среды и биосредах детей, оценка эколо гически безопасных пороговых уровней содержания и разработка рекоменда ций для минимизации последствий полиметаллического загрязнения урбанизи рованных территорий.
Задачи исследования:
1. Провести эколого-геохимическое зонирование территории г. Казани по уровню загрязнения металлами атмосферного воздуха, снежного и почвенного покровов, питьевых вод и по содержанию металлов в биосредах детей. Выде лить металлы, изменчивость содержания которых является индикатором на пряженности экологической ситуации в городе.
2. Разработать подходы к оценке и определить степень загрязнения метал лами приземного слоя атмосферы в условиях недостаточности данных система тических наблюдений.
3. Оценить поступление металлов в результате движения автотранспорт ных средств (АТС) с помощью расчетных и экспериментальных методов.
4. Оценить риск превышения содержания металлов над фоновым на терри тории г. Казани по зонам исследования, выделить зоны риска.
5. Выявить металлы, являющиеся причинно-значимым фактором среды, определяющим изменчивость всей выборки значений и влияющим на содержа ние металлов в биосредах детей.
6. Разработать математические модели, отражающие связь между содер жанием металлов во внешней среде и внутренней среде организма и позволяю щие прогнозировать накопление металлов в организме в зависимости от их со держания в среде. Определить пороговые содержания металлов в среде на ос новании их накопления в биосредах.
7. Оценить степень вторичного загрязнения питьевых вод металлами и определить эффективные способы ее доочистки в конечной точке потребления с целью предотвращения дальнейшего поступления металлов в организм с питьевой водой.
8. Определить характер нарушений баланса металлов в организме (выявить металлы, содержание которых в организме избыточно или дефицитно) на осно вании региональных нормативов содержания металлов в биосредах.
9. Оценить сорбционную емкость ряда энтеросорбентов в отношении ме таллов. Разработать и оценить эффективность мероприятий для выведения и нормализации баланса металлов в организме детей с помощью энтеросорбентов и биологически активных добавок (БАД).
10. Оценить эффективность методов и разработать рекомендации для опти мизации водоочистки от металлов на Волжском водозаборе.
Научная ценность и новизна результатов исследования Работа выполнена с целью развития теоретических и прикладных основ экологического мониторинга полиметаллического загрязнения урбанизирован ных территорий и обеспечения экологической безопасности населения.
Определена необходимость корректировки результатов, полученных в ходе расчетного мониторинга содержания металлов в приземном слое атмосфе ры г. Казани с помощью результатов натурных наблюдений за содержанием металлов в снежном покрове. Определены подходы к оценке поступления ме таллов с передвижными источниками загрязнения.
Использованный комплексный метод исследования содержания металлов в приземном слое атмосферы (расчетные методы и косвенная оценка по уровню загрязнения снежного покрова), питьевой воде и почвенном покрове, а также содержания в различных биологических средах детей позволил выделить ме таллы- критерии зонирования, изменчивость содержания которых является по казателем напряженности воздействия факторов среды на территории города, провести четкую дифференциацию зон исследования и выделить зоны риска.
С помощью ряда современных статистических методов анализа (фактор ный, кластерный, корреляционный, регрессионный), определены причинно значимые факторы, в наибольшей степени влияющие на содержание металлов в биосредах детей и разработаны математические модели, позволяющие прогно зировать изменчивость содержания металлов в организме в зависимости от их содержания во внешней среде.
Определены пороговые содержания металлов в природных средах (снеж ный и почвенный покровы, питьевая вода) с помощью разработанных в на стоящей работе моделей, отражающих связь между содержанием металлов в окружающей среде и биосредах (волосы), и региональных нормативов содер жания металлов в волосах детей.
Определена эффективность различных типов фильтров (сорбционных «Барьер», «Brita»;
ионообменных - "Родник-3M", "Росинка", «Водолей»;
мем бранных обратного осмоса - "ECO MASTER", "Instapure", "Omni total plus") для доочистки потребляемой питьевой воды и сорбционная способность энтеросор бентов/БАД («Полифепана», «Литовита-М», «Феокарпина», «Неоселена») по отношению к металлам.
Практическая значимость Разработаны схемы для исследования загрязнения металлами приземного слоя атмосферы на всей территории города за счет действия стационарных и передвижных источников загрязнения в условиях недостаточности данных сис тематических наблюдений.
Обосновано использование принципиально новой схемы расчета поступ ления металлов в результате движения АТС с помощью нейронных сетей. Оп ределение степени нагруженности автомагистралей позволит разработать ре комендации по перераспределению автотранспортных потоков и уменьшению степени загрязнения приземного слоя атмосферы.
Проведенное комплексное районирование территории г. Казани по степе ни загрязнения металлами приземного слоя атмосферы, питьевой воды, поч венного покрова, выявленные зоны повышенного загрязнения могут служить основой для разработки комплекса природоохранных мероприятий, экологиче ского обоснования схем развития и размещения производственных объектов, генеральных планов городов и кадастровой оценки городских земель.
Показано, что для определения степени воздействия металлов на орга низм, расчета пороговых содержаний металлов в среде, целесообразно исполь зовать ряд современных математических методов анализа (факторный, кла стерный, корреляционный, регрессионный), различным способом выявляющих связи между переменными и устанавливающих степень значимости факторов.
Выявленные на основании анализа динамично изменяющихся биосред (сыворотка крови, моча) нарушения баланса металлов в организме позволили определить необходимость мероприятий по предотвращению дальнейшего по ступления (доочистка питьевой воды) и выведению депонированных в орга низме металлов (сорбционные технологии).
Разработаны рекомендации по доочистке питьевой воды в конечной точке потребления, в домах и квартирах в зависимости от источника водоснабжения (поверхностный, подземный) и содержания металлов в пробах потребляемой питьевой воды с учетом ее вторичного загрязнения в результате прохождения по водоводам и разводящим сетям.
На основании определения исходного содержания металлов в биосредах и сравнительной эффективности энтеросорбентов/БАД разработаны, апробиро ваны и внедрены мероприятия по выведению избыточного количества металлов и нормализации баланса металлов в организме.
Разработаны рекомендации по оптимизации водоочистки от металлов для Волжского водозабора с использованием реагентного (коагуляция) и без реагентного (омагничивание) методов.
Внедрение результатов исследования. Результаты диссертационной ра боты внедрены в практику отдела биогеохимии Института экологии природных систем Академии наук Республики Татарстан, учебный процесс кафедры «Промышленная экология» ГОУ ВПО Казанского государственного техниче ского университета им. А.Н. Туполева, практику и учебный курс кафедры «Пе диатрия» ГОУ ДПО Казанская государственная медицинская академия.
Основные положения, выносимые на защиту.
1. Количественная характеристика содержания металлов в первом (ком поненты окружающей среды) и последнем (биосреды детей) звеньях биогеохи мической цепи, выделение металлов – индикаторов напряженности экологиче ской ситуации, эколого-геохимическое зонирование территории крупного ме гаполиса по опасности полиметаллического загрязнения, определение зон рис ка.
2. Оценка и сравнительная характеристика микроэлементного состава биосред детей (кровь, моча, волосы) в зависимости от содержания металлов в питьевой воде (поверхностный, подземный источник водоснабжения, вторич ное загрязнение) и приземном слое атмосферного воздуха (депонирующие сре ды).
3. Математические модели взаимосвязи содержания металлов в биосредах и компонентах окружающей среды урбанизированных территорий как основа для оценки диапазона экологически безопасного порогового содержания ме таллов в почвах, снеге, питьевых водах урбанизированных территорий.
4. Сравнительная оценка эффективности очистки и доочистки питьевой воды от избыточных металлов с использованием различных схем коагуляции, типов фильтров, и рекомендации по коррекции содержания металлов в орга низме.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы бы ли доложены на:
- I, II, III международной научно-практической конференции «Автомобиль и техносфера» (Казань, 1999, 2001, 2003), - межвузовской конференции "Экологическое образование и охрана окру жающей среды" (Казань 1999), - всероссийской научно-технической конференции "Композиционные ма териалы в авиастроении и народном хозяйстве" (Казань, 1999, 2001), - всероссийской конференции «Наука-Образование-Производство в реше нии экологических проблем» (Уфа, 1999), - международной конференции «Проблемы инженерного обеспечения и экологии городов» (Пенза, 1999), - всероссийской конференции молодых ученых «Перспективы развития Волжского региона» (Тверь, 2000), - республиканской конференции «Актуальные экологические проблемы Республики Татарстан» (Казань 2000, 2003), - международной научно-технической конференции «Инженерная эколо гия - XXI век» (Москва, 2000), - всероссийской научно-практической конференции «Проблемы безопас ности жизнедеятельности и экологии Зауралья» (Курган, 2000), - межвузовской научно-технической конференции «Автоматика и элек тронное приборостроение» (Казань, 2001), - всероссийской научно-практической конференции «Техносферная безо пасность» (Ростов -на –Дону - Шепси, 2002, 2005, 2006), - научно-практической конференции молодых ученых (Казань, 2006, КГМА), - конгрессе детских гастроэнтерологов России (Москва, 2006).
Публикации. По теме диссертации опубликованы 60 работ, в том числе работ в журналах, рекомендованных ВАК.
Личный вклад автора. Постановка задачи исследования, отбор проб и химический анализ содержания металлов в компонентах окружающей среды и биосредах детей, создание банков данных по метеорологическим параметрам и количественному, качественному составу и условиям выбросов, интерпретация и обсуждение экспериментальных данных, статистическая обработка результа тов экспериментов выполнены лично автором либо под его руководством. Лич но автором проведено обобщение и формулирование выводов и разработка ре комендаций на основе экспериментальных данных. Соавторами публикаций являются научные консультанты (д.х.н., профессор Будников Г.К., д.м.н., до цент Файзуллина Р.А.), коллеги, принимавшие участие в обсуждении результа тов (к.б.н., Иванов Д.В., с.н.с. Валиев В.С., к.т.н., Девисилов В.А., к.т. н. Нови кова С.В., к.г.н. Шлычков А.П., к.х.н. Жданова Г.Н.), а также сотрудники, при нимавшие участие в экспериментальной работе (с.н.с. Валиев В.С., к.г.н., Фат хутдинов М.Г.), которым автор приносит благодарность. Автор благодарит д.б.н. Савельева А.А. за помощь в подготовке программы для расчета поля за грязнения атмосферы металлами.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 315 страни цах машинописного текста. Она состоит из введения, обзора литературы, опи сания объектов и методов исследования, 10 глав обсуждения результатов, вы водов, практических рекомендаций, библиографического указателя, включаю щего 580 источников, в том числе 498 - отечественных и 82 зарубежных публи каций. Работа иллюстрирована 34 таблицами, 160 рисунками.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во Введении сформулированы актуальность и цель диссертационной ра боты, поставлены задачи исследования, изложены положения, выносимые на защиту, научная новизна и практическая значимость работы.
В Литературном обзоре дан критический анализ представлений различ ных авторов о предмете и задачах экологического мониторинга, обосновано ис пользование биосред детей как объекта экологического мониторинга урбанизи рованных территорий, рассмотрены существующие подходы к эколого геохимической оценке городов и способы представления результатов оценки.
Рассмотрены задачи и особенности проведения экологического мониторинга металлов в приземном слое атмосферного воздуха, снежном и почвенном по кровах. Детально рассмотрены пути поступления металлов в организм человека и способы выведения избыточных металлов из организма, пути предотвраще ния избыточного поступление металлов в организм по водному пути (оптими зация очистки питьевых вод на водозаборе и доочистка в конечной точке по требления). Приведен аналитический обзор способов оценки степени антропо генного влияния поллютантов на организм человека и подходов к определению пороговых содержаний.
В главе Объекты и методы исследования приводятся способы исследо вания выделенных объектов мониторинга, используемые методы исследования и способы обработки результатов.
Для расчета поля загрязнения приземного слоя атмосферы был создан банк данных по материалам инвентаризации томов ПДВ источников выбросов 83 предприятий и автохозяйств по качественному, количественному составу выбросов, а также параметрам выхода газовоздушной смеси из трубы для более чем 8000 стационарных источников загрязнения г. Казани.
Для учета вклада метеорологических величин и явлений были изучены материалы наблюдений на 2 метеорологических станциях «Казань, универси тет» (КГУ) и «Казань, опорная» (Агентство Аэрофлота) УГМС РТ за десяти летний период (1986-1996) гг., характеризующийся непрерывностью и одно родностью наблюдений с периодичностью в месяц и создан банк данных по ос новным метеорологическим параметрам, влияющим на рассеивание примесей:
повторяемость скоростей ветра 0-1, 2-3, 4-5, 6-7, 8-9, 10-11, 12-13, 14-15, 16-17, 18-20 м/с;
дисперсия направлений ветра по румбам;
суммарное количество осадков;
повторяемость дней с осадками 0.5 мм, 1 мм, 1.5 мм;
повторяе мость туманов.
Для оценки поступления примесей в воздушный бассейн в результате движения АТС транспортный поток и его марочный состав определялись путем непосредственного подсчета количества транспортных единиц в течение часа в утренние (8-9), дневные (13-14) и вечерние (17-18) часы на 40 автомагистралях города. Выбранные магистрали позволили охватить все основные направления, как радиальные, так и кольцевые. Для корректировки результатов, полученных расчетным путем, были проведены натурные наблюдения (опробование) снеж ного и почвенного покровов на содержание металлов. Пространственная карти на техногенных ореолов рассеяния загрязняющих веществ выявлялась посред ством геохимического картирования.
Детальные исследования уровня загрязнения снежного покрова г. Казани были проведены в течение сезонов 1999–2001 (селитебная часть, районы, при легающие к крупным промышленным предприятиям и объектам энергетики, зонам действия автомагистралей). Отбор проб снега проводился в первой дека де марта, в период максимального его накопления. На территории г. Казани была заложена сеть из 300 снегопунктов (точек отбора проб), при этом густота сети отбора составляла не менее 1 точки на 1 км2. На каждом пункте методом конверта отбиралось 5 проб на всю глубину снежного покрова, из которых за тем составляли смешанный образец. Содержание металлов - Cd, Pb, Co, Cu, Ni, Zn, Cr, Mn и Fe определялось методом атомно-абсорбционной спектрофотомет рии (ААС) на приборе AAS 3. Общее количество проанализированных образ цов снега - 620, в т.ч. 1999 г. - 180, 2000 г. - 200, 2001 г. – 240.
Фоновые показатели содержания и поступления металлов в снежный по кров определялись путем статистической обработки данных методом квартилей как нижняя квартиль статистического ряда.
Оценка уровня химического загрязнения снега проводилась с помощью коэффициентов концентрации металлов и суммарного показателя загрязнения, характеризующего степень загрязнения ассоциацией элементов относительно фона. На основе опорной сети точек были построены карты поверхностей за грязнения снежного покрова г. Казани по суммарному показателю загрязнения, определены местоположения условно – чистых зон и зон повышенного загряз нения.
Для оценки качества питьевого водоснабжение г. Казани исследовались результаты анализов проб воды, приготавливаемых на водозаборах КП «Водо канал», в динамике (1996-2001 гг.) для наиболее крупных поставщиков воды питьевого качества - Волжского, Азинского, Дербышкинского водозаборов.
Для оценки вторичного загрязнения питьевых вод после прохождения по водоводам и разводящим сетям в квартирах выделенных зон исследования г.
Казани были отобраны пробы воды для определения содержания в ней Pb, Cu, Zn, Cr, Sr, Fe (1320 элементоопределений).
Для разработки рекомендаций по оптимизации процесса водоочистки на Волжском водозаборе исследовалась величина оптической плотности после прохождения процесса коагуляции с использованием различных коагулянтов (Al2(SO4)3 ;
FeCl3;
FeCl3 + Al2(SO4)3 (1:1)) и с предварительным омагничивани ем воды в постоянном (напряженность 30 кА/м, 80 кА/м и 170 кА/м, 200 кА/м) и переменном (частота 100 кГц и более 100 к Гц) магнитном поле на приборе ФЭК-2 (250 проб).
Для оценки содержания металлов в почвенном покрове было проведено геохимическое исследование в поверхностных горизонтах почв 1999-2001 г.
Казани по принятой нами стандартной сети пробоотбора (n=287), соответст вующей станциям отбора проб снега, что позволило получить сравнимые ре зультаты. Аналитическое определение металлов Cd, Pb, Co, Cu, Ni, Zn, Cr, Mn (415 образцов) проводилось методом ААС на приборе СА-10МП.
При проведении ретроспективного анализа геохимических данных ис пользовались представительные (n=235) фондовые материалы, характеризую щие содержание металлов в почвах (мг/кг), твердой фазе снега (мг/кг) и снего вой воде (мг/л), полученные ВНИИгеолнеруд в 1989 г.
Исследование содержания металлов (Pb, Cu, Zn, Cr, Sr, Fe) в различных биологических средах (сыворотке крови – 3120 проб, отобранных у 520 детей;
суточной моче - 2922 пробы, отобранные у 487детей;
волосах – 1140 пробы, отобранные у 190 детей) проводилось методом атомно-абсорбционной спек трофотометрии на приборе СА-10МП. Известно, что содержание металлов в динамично реагирующих биосредах (кровь, моча) отражает эффект кратковре менного поступления металлов в среду, а накопление в волосах – эффект дли тельного воздействия. На основании определения содержания металлов вы бранных биосредах выделялись металлы, накапливающиеся в организме при поступлении из городской среды.
После топографической привязки точек отбора проб к карте г. Казани и совмещения точек пробоотбора с адресами проживания детского населения, была составлена матрица данных. Каждой точке отбора проб снега, почвы, питьевой воды сопоставлялись данные по содержанию металлов в крови, моче, волосах детей.
Для проведения эколого-геохимического зонирования территория г. Ка зани была поделена на зоны, которые соответствовали зонам обслуживания по ликлиник. Такое выделение зон является более соответствующим целям иссле дования, нежели принятое деление территории по административным районам и местоположениям аномалий. Результаты, представляющие зональное распре деление металлов, приведены в виде моноэлементных картосхем, подготовле ных с помощью ГИС-пакета «MapInfo Professional 6.0» с использованием мето дов геокодирования.
Выделение металлов, изменчивость содержания которых может служить критерием зонирования территории города, проведено на основе подробного анализа распределения содержания металлов в различных средах, включающе го детальную информацию по каждому элементу. Детальная характеристика содержания и распределения каждого металла позволила найти индивидуаль ные особенности и учесть степень их воздействия как экологических факторов малой интенсивности. Полученные гистограммы аномального распределения позволили выделить металлы, изменчивость содержания которых может слу жить критерием зонирования территории города.
Зоны риска определялись путем нахождения фонового уровня фактора, ко торый служил характеристикой верхнего предела допустимого риска, рассчи тывалась величина первого квартиля ранжированного ряда. Показателем верх ней границы умеренного риска служило значение второго квартиля (медиана), повышенного - третий квартиль. Введение в анализ понятия шкалы рисков по зволило не только проводить сравнение рисков по зонам, но и выявить пре имущественные (лимитирующие) риски, при этом оценки степени риска не чувствительны к размерности отдельных факторов. Оценивалась статистиче ская вероятность превышения показателя над фоновым значением на исследуе мой территории (вероятностный риск) для содержания металлов в биосредах (кровь, моча, волосы), в снежном и почвенном покровах, в питьевой воде. По совокупности вероятностных рисков, рассчитанных для каждого металла, опре делялись зоны риска, что позволило обобщить результаты эколого геохимического зонирования территории г. Казани.
Для представления данных в наглядных структурах, использовался метод кластерного анализа. При анализе было использовано объединение по методу Варда или метод древовидной кластеризации, который используется при фор мировании кластеров несходства или расстояния между объектами. Соответст вующая древовидная кластеризация была проведена по содержанию металлов в питьевой воде, в почве, в снежном покрове. Были выявлены ведущие признаки, формирующие изменчивость распределения металлов в средах по зонам иссле дования.
Для изучения взаимосвязи между большим числом переменных, которые являются следствием проявления общих причин и могут содержать сведения об изучаемом явлении, были использованы методы факторного анализа. Целью использования этих методов являлось получение понятной (интерпретируемой) матрицы нагрузок, то есть факторов, которые ясно отмечены высокими нагруз ками для одних переменных и низкими - для других. Для каждой переменной составляющей совокупности рассчитывались факторные нагрузки. Нагрузки интерпретировались как корреляции между соответствующими переменными и факторами, таким образом, они представляли наиболее важную информацию, отражая значимость (вклад) той или иной переменной в данной их совокупно сти. Сравнение результатов факторного и кластерного анализов позволило вы делить металлы, являющиеся причинно-значимыми факторами среды.
В результате исследования были получены модели линейной регрессии и полиноминальной подгонки, отражающие зависимость содержания металлов в в организме от содержания в среде, которые использовались для расчета поро говых содержаний металлов, выделенных в качестве причинно-значимых фак торов среды.
Для разработки рекомендации по доочистке потребляемых питьевых вод с учетом их вторичного загрязнения металлами тестировались различные типы фильтров (мембранные обратного осмоса, ионообменные и комбинированные, сорбционные). Использовались только новые системы очистки, не более чем с 10% отработанным ресурсом относительно гарантийных сроков. Сравнительная оценка эффективности фильтров проводилась на основании измерения концен траций ионов металлов (Pb (II), Sr(II), Cr(III), Zn(II), Fe(II)), до и после прохож дения через фильтр, а также снижение жесткости на атомно-абсорбционном спектрофотометре CA-10МП Для выведения избыточного количества металлов из организма определя лась сорбционная ёмкость энтеросорбентов («Полифепан», «Литовит-М», «Феокарпин»), предназначенных для выведения и детоксикации ксенобиоти ков, по отношению к ионам Pb(II), Sr(II), Cr(III), Zn(II), Cu(II). С этой целью на вески «Полифепана» (массой 2 г), «Литовита-М» (массой 0,7 г) и «Феокарпина» (массой 1,85 г) заливались растворами стандартных наборов этих солей (ГСОРМ-1, ГСОРМ-2) в соответствующем разведении водой. Концентрация элементов в полученном растворе была в соотношении, близком к физиологи ческому. Затем растворы отфильтровывались и в фильтратах измерялись кон центрации исследуемых металлов (мкг/мл).
У детей определялось содержание металлов в сыворотке крови и моче, выявлялись дефицитные металлы и металлы с избыточным содержанием в ор ганизме на основании региональных нормативов содержания металлов в био средах.
Для уменьшения степени негативного воздействия на организм были раз работаны и внедрены дифференцированные мероприятия по нормализации со держания металлов в организме с помощью энтеросорбентов («Полифепан», «Литовит-М», «Феокарпин»), БАД «Неоселен», усиливающем активность фер ментных систем, ответственных за биотрансформацию металлов в водораство римые метаболиты и выведение их из организма, и сочетанное применение «Полифепан+Неоселен».
В качестве контроля эффективности использования энтеросорбентов/БАД применялось традиционное санаторно-курортное оздоровление без использова ния препаратов, сорбирующих и выводящих металлы из организма. Для оценки эффективности использования ряда энтеросорбентов/БАД повторно исследова лось содержание металлов в сыворотке крови и моче, после завершения их при менения.
Статистическая обработка полученных результатов проведена с помощью программы «STATISTICA 6.0». Достоверность различий средних сравниваемых величин определялась по t критерию Стьюдента. За достоверное принимали различие на уровне значимости 95% (p0,05).
Остальные главы диссертации посвящены Обсуждению основных ре зультатов диссертационной работы.
Для оценки аэрогенного поступления металлов на территорию города не обходимо учитывать действие стационарных и передвижных источников за грязнения. Систематические наблюдения (измерения в 3 точках города) не дают полной картины пространственно-временного распределения металлов на тер ритории города.
На фоне ограниченных данных были использованы методы математиче ского моделирования процессов рассеивания и переноса при удалении от ис точников и рассчитаны приземные концентрации примесей. Адекватность ре зультатов расчетов определяется полнотой учета источников загрязнения и факторов, определяющих рассеивание примесей. Модель, используемая для расчета, должна быть проверена, путем сопоставления результатов, получен ных расчетным путем и экспериментально.
Анализ параметров выбросов металлов, поступающих в воздушный бас сейн от стационарных источников загрязнения показывает, что они поступают преимущественно в виде холодных выбросов (T50 С0) с небольшой скоро стью (1V 10 м /с) на небольших высотах (1Н20 м), что способствует акку муляции металлов в приземном слое атмосферы и созданию высоких локаль ных концентраций.
Для расчета полей концентраций примесей разработана оригинальная ме тодика, отвечающая требованиям и рекомендациям нормативного документа ОНД-86. Но предлагаемая расчетная схема является развитием методики, при веденной в нормативном документе, поскольку позволяет учитывать вклад на правлений ветра, влияния комплекса метеоусловий на рассеивание и произво дить расчет также по опасной скорости ветра для каждого источника выбросов.
Первым этапом работы было нанесение основных источников загрязне ния на картографическую основу. Установлен факт неравномерного располо жения промышленных предприятий по территории города и выделены 6 про мышленных зон (рис.1). В узлах разбитой на сетку (шаг 750 м) территории го рода рассчитаны концентрации примесей от каждой из 166 сформированных групп источников загрязнения. Расчет проводился для металлов (Pb,Cr,Sr, Ni, Mn, V, Zn, Cu, Cd, Fe), преобладающих в выбросах стационарных источникоав загрязнения города.
Переход от максимальным к средним концентрациям примесей осущест влялся с помощью учета влияния метеопараметров на рассеивание примесей по данным метеостанций «Казань, университет», расположенной в центральной части города, в районе плотной застройки и «Казань, опорная», расположенной на окраине.
1. ОАО «Нэфис» 2. ОАО «Казанский завод СК» 3. ЗАО «Кварт» (Резинотехника) 4. ЗАО завод «Искож» 5. ГУП «Теплоконтроль» 6. ОАО «Оргсинтез» 7. Вертолетный завод 8. ОАО «КМПО» 9. ФГУП «КАПО им. Горбунова» 10. ОАО «Полимерфото» 11. ОАО «Тасма-Холдинг» 12. НПП «КОМЗ» 13. ОАО «Хитон» 14. ОАО «Казанькомпрессормаш» 15. ПО «Терминал» 16. АО «Завод газовой аппаратуры» 17. ОАО «Полимиз» 18. АО завод «Вакууммаш» 19. ОАО завод «Радиоприбор» 20. ГУП «Мединструмент» 21. ТЭЦ- 22. ТЭЦ- 23. ТЭЦ- 24. ООО завод «Элекон» 25. ОАО завод «Сантехприбор» 26. Вертолетный завод (филиал) 27. КГНПП им. Ленина 28. ОАО «Льнокомбинат» 29. ОАО «Кожевенное объединение» 30. ОАО «Мехкомбинат» 31. Кирпичный завод Рис. 1. Расположение предприятий и промзон на территории г. Казани Для г. Казани наиболее характерны слабые ветры 2-3 м/с (повторяемость по годам исследования около 40%). Повторяемость более сильных ветров уменьшается по мере увеличения их скорости. При сравнения усредненных за 10 лет значений повторяемостей скоростей ветра обнаружены достоверные раз личия между метеостанциями для скоростей ветра 0-1 м/с (р=0,0052), 2-3 м/с (p0,005), 6-7 м/с (p0,005), 10-11 м/с (p0,005), 12-13 м/с (р=0,006).
Повторяемость туманов на станции «Казань, опорная» в среднем в 1, раза больше, чем на станции «Казань, университет». Как и следовало ожидать в центре города повторяемость скорости ветра 6 м/с в 3,6-7,4 раз меньше, чем на станции «Казань, опорная». Повторяемость осадков 0,5 мм на обеих стан циях практически совпадает.
По данным метеорологических наблюдений, в среднем за год преоблада ют ветры южного направления (повторяемость 22%). Также отмечено преобла дание (повторяемость 17%) юго-западного направления для станции «Казань, университет» и западного для станции «Казань, опорная». При сравнении ус редненных за 10 лет значений повторяемостей направлений ветра обнаружены достоверные различия между метеостанциями для восточного (p0,005), юго восточного (р=0,007), юго-западного (p0,005) и северо-западного (p=0,021) направлений.
Выявленные достоверные различия между значениями метеовеличин по данным двух метеостанций явились основанием дифференцированного учета метеорологических параметров для источников загрязнения в зависимости от территориального расположения и типа застройки.
Учет влияния комплекса метеоусловий проводился на основании расчета коэффициента самоочищения атмосферы, представляющего собой отношения средних многолетних значений метеорологических параметров, способствую щих накоплению примесей (повторяемости слабых ветров 0-1 м/с, туманов), к значениям метеорологических параметров, способствующим рассеиванию примесей (повторяемости ветра со скоростью 6 м/с, осадков 0.5 мм). До полнительно учитывалась экспозиция повторяемости преобладающего направ ления ветра по восьмирумбовой шкале.
Поле концентраций металлов, нанесенное на картооснову территории г. Казани с изолиниями суммы концентраций в долях ПДК с шагом 1, представлено на рис. 2. Анализ геохимического поля загрязнения металлами приземного слоя атмосферы показывает, что существует значимое превышение концентраций металлов (2 ПДК) на большей части территории города. Выявлены местополо жения зон повышенного загрязнения (5-9 ПДК), самая крупная из них находит ся в центральной части города, что соответствует теоретическим предположе ниям о действии острова тепла и преобладающего направления ветра. Окраины города по результатам расчетов считаются условно чистыми.
Но, по скольку деталь ное моделирова ние распростра нения примесей в пределах го родской за стройки требует колоссального объема исходной информации, не возможно учесть влияние всех действующих факторов при помощи одной единственной модели, то необ- Рис. 2. Интегральное поле загрязнения металлами ходимо с из- приземного слоя атмосферы г.Казани вестной долей осторожности трактовать результаты моделирования распро странения примесей в атмосфере, и, естественно, в своих выводах не ограничи ваться только ими.
Состав снега (концентратора атмосферных примесей) служит косвенным показателем загрязнения приземных слоев атмосферы, дает информацию о про странственном распределении хи мических элементов и интенсивно сти воздействия источников выбро сов. Почва, находясь на пересече нии всех путей миграции химиче ских элементов, отражает суммар ный эффект многолетнего воздей ствия. На техногенное воздействие почва реагирует повышением со держания химических элементов лишь при определенных уровнях их поступления в течение необходимо го времени.
В г. Казани установлены от четливо выделяющиеся геохимиче ские аномалий снежного покрова по Рис. 3 Суммарный показатель загрязнения содержанию металлов (рис. 3.), при- снежного покрова г. Казани металлами уроченных к промышленным предприятиям и нагруженным автомагистралям.
Чрезвычайно опасная сте пень загрязнения снега (СПЗ128) зафиксирована в цен тральной части города в зоне действия источников II и III про мзон. Около 30% снежного по крова городской территории ха рактеризуется опасной степенью загрязнения (СПЗ 32-128). В то же время, в наиболее экологиче ски благополучных районах (вос точная и северо-западная части города) СПЗ не превышает 32, что считается умеренно-опасным.
Геохимическое поле метал лов в почвенном покрове г. Каза ни отличается размытой структу рой (рис.4.).
Наиболее интенсивно вы Рис. 4. Суммарный показатель загрязнения почв раженная аномалия находится в г. Казани металлами зоне действия источников II про мзоны (СПЗ 32). Другой обособленный ореол в южной части города отражает накопление металлов в почвах под воздействием выбросов предприятий III-ей промышленной зоны (СПЗ от 12-28). Вытянутая в северо-западном направле нии (воздействие источников выбросов VI промзоны) аномалия образует самый крупный по площади эллипсовидный очаг загрязнения протяженностью до км и значениями СПЗ от 12 до 24.
К относительно чистым можно отнести западные и восточные районы го рода. Таким образом, на большей части территории г. Казани, категория загряз нение почвенного покрова металлами характеризуется как допустимая и уме ренно-опасная. Выявлено местоположение аномалии, для которой уровень за грязнения почвы характеризуется как опасный.
Геохимические аномалии металлов в снеге и почвах носят стационарный характер. Их контуры в основных чертах совпадают, что позволяет говорить о генетической общности техногенных геохимических аномалий урбанизирован ных территорий г. Казани. Кумулятивный эффект аэротехногенного поступле ния металлов в почвах выражен пока не столь контрастно, как в снежном по крове города.
Наложение геохимических полей металлов в приземном слое атмосфер ного воздуха (расчетное, рис.2.) и снежном покрове (рис.3.) г. Казани одно значно указывает на техногенную природу четырех аномалий, высокая контра стность которых подтверждена опробованием снежного покрова в течение 3-х лет – это зоны влияния I, II, III и VI промышленных зон.
Очаги загрязнения в атмосфере от IV и V промзон не были выявлены рас четным путем, однако они абсолютно идентифицируются по геохимическим полям металлов в снежном покрове, т.е. натурные наблюдения дают более пол ную пространственную характеристику изменчивости содержании поллютан тов в приземном слое воздухе.
Более того, зона повышенного загрязнения, полученная расчетным путем, вероятностно сформированная под воздействием источников загрязнения III промзоны, острова тепла и преобладающего направления ветра, оказалась не сколько смещенной на запад.
По причине длительности формирования аномалий, их не только аэро генной природы, запаздывающей по времени реакции на изменения характера и степени антропогенного воздействия, содержание металлов в почвенном по крове не использовалось в качестве косвенной характеристики загрязнения ди намично изменяющегося приземного слоя атмосферы металлами, хотя это ре комендуется в РД 52.04.186-89.
Наряду с вкладом стационарных источников загрязнения в уровень за грязнения атмосферного воздуха металлами, по масштабам распространения и интенсивности воздействия год от года растет вклад транспортной составляю щей. Данные, полученные с помощью стационарных постов наблюдений за за грязнением атмосферы, не позволяют оценить поступление металлов за счет движения АТС. В этой связи целесообразно рассчитывать содержание металлов в приземном слое атмосферы, поступающих в результате движения АТС с кор ректировкой результатов по геохимическим особенностям содержания метал лов в депонирующих средах (снежный покров).
Нами была выбрана методика расчета мощности эмиссии свинца на осно вании наибольшего учета факторов, определяющих приземные концентрации, как то оседание свинца в системе выпуска отработавших газов, доля выбрасы ваемого свинца в виде твердых частиц в общем объеме выбросов, средний экс плуатационный расход топлива для соответствующей марки автомобиля, среднесуточная интенсивность дви жения автомобилей соответствую щей марки, содержание добавки свинца в топливе в зависимости от типа АТС.
Результаты расчета эмиссии свинца в мг/м в сутки и степень на груженности автомагистралей (с по мощью толщины линий) показаны на рис. 5.
Наиболее нагруженными и за грязненными свинцом являются ав томагистрали в центральной части города, отличающейся плотной за стройкой и в промышленных рай Рис. 5 Мощность эмиссии свинца, мг/м в сутки. онах. Наименее нагруженные маги страли и условно чистые автомагистрали - в так называемых спальных районах.
Отбор проб снега в снежном покрове придорожных полос обнаружило избы точные концентрации металлов, превосходящие среднестатисти ческие содержания общих форм для Pb в 2,2-7,6 раза;
для Cd в 3 21 раз, для Cu в 0,9-4 раза;
для Zn в 1,5-21 раз.
Для проверки адекватности расчетов сопоставлялись карты схемы мощности эмиссии свинца и интенсивность среднегодового поступления свинца и его соеди нений в мг/м2 в год в снежный покров (рис. 5 и 6). Сопоставле ние карт-схем, показало хоро шую сходимость на отдельных участках территории города. Од нако, ряд автомагистралей, нахо дящихся в зонах повышенного загрязнения снежного покрова, Рис.6. Среднегодовое поступление свинца, мг/м в снежный покров г. Казани.
относятся по результатам расче тов ко второй выделенной градации по эмиссии свинца (60-80 мг/м в сутки).
Отклонения результатов расчетных и натурных наблюдений вероятностно свя заны с вкладом стационарных источников в загрязнение снежного покрова свинцом, что ограничивает использование результатов исследования проб снежного покрова для характеристики поступления свинца с выбросами авто транспорта.
Избежать указанных недостатков представляется возможным при помощи но вых современных средств расчета, анализа и прогнозирования - нейронных се тей. В ходе обучения нейронной сети автоматически учитываются как явные, так и скрытые зависимости между всеми действующими (в том числе и неуч тенными) факторами. В результате исследования была сформирована и обучена сеть типа «двухслойный персептрон» с семью входами. Максимальная разница между расчетными величинами концентрации металлов (Pb, Cd, Cu, Zn), полу ченными на основе определяемой интенсивности автотранспортного потока по автомагистралям города с использованием нейросети и экспериментально из меренными величинами концентрации металлов (пробы отобраны в зонах дей ствия исследуемых автомагистралей) составила 0.0007 мг/л или 0,3 %.
Для целей эколого геохимического зонирования территория г. Казани была поделена на зоны исследова ния по зонам обслуживания поликлиник и поликлинич ных отделений детских боль ниц (рис.7).
Зоны исследования № 2, 3, 4, 5, 7, 9, 11, 12, 14, 15, 16, 17 обеспечиваются преиму щественно поверхностными водами Волжского водозабо ра, а зоны № 6, 8, 10, 13, 20 – преимущественно подземны ми артезианскими источни- Рис.7. Расположение зон исследования на территории города ками. Для оценки качества питьевых вод на территории г. Казани сопоставлялось содержание металлов в пробах воды отобранных на водозаборах и в конечных точках потребления, в домах и квартирах. Состав питьевых вод, приготавливаемых на водозаборах г. Казани имеет основное раз личие в содержании железа (преобладает в водах поверхностных источников водоснабжения) и стронция (преобладает в водах подземных источников водо снабжения). Сравнение содержания металлов в пробах питьевой воды, ото бранных на водозаборах и в конечной точке потребления, показало значитель ное увеличение содержания железа для вод Дербышкинского и Азинского во дозаборов в среднем в 2,7 и 1,5 раза соответственно, а в водах Волжского водо забора концентраций цинка и свинца увеличиваются в 8,3 и 7,1 раз соответст венно.
Статистический анализ полученных результатов показал различие между зонами исследования в зависимости от источника питьевого водоснабжения.
При анализе корреляционной матрицы взаимосвязей концентраций элементов в воде отмечается слабая, но достоверная прямая корреляционная взаимосвязь между содержаниями стронция, свинца и хрома (Sr-Pb, r=0.31;
Sr-Cr, r=0.24;
p0,001), что отражает сопряженность поступления и распределения этих ме таллов в водопроводной воде. Вместе с этим отмечена также обратная корреля ционная связь между содержанием стронция и железа (r=-0.4, p0.001).
Эти корреляции являются математическим выражением различия между поверхностными и подземными артезианскими водами. К зонам исследования была осуществлена привязка данных по содержанию металлов в снежном и почвенном покровах, питьевой воде, отобранной в конечной точке потребле ния, содержанию металлов в биосредах детей (кровь, моча, волосы). Результаты анализа содержания металлов в среде и биосредах по зонам исследования пред ставлены в табл. 1.
Таблица Диапазоны содержания металлов в средах и биосредах по зонам исследования Среда Питьевая Диапазон Элемент Снег Почва Кровь Моча Волосы вода содер- содер- содер- содер- содер- содер № № № № № № жание, жание, жание, жание, жание, жание, Зон Зон Зон Зон Зон Зон мг/л мг/кг мг/л мкг/мл мкг/мл мкг/г min 0,001 10,20 0,12 20 0,04 Cd - - max 0,02 4 1,18 4 1,58 min 0,02 12 4,88 13 0,001 14 0,58 14 0,024 8 7,3 Cu max 0,2 17 32,2 5 0,005 7 1,27 20 0,1 17 13,9 - min 0,004 20 1,29 14 7·10 3,14 0,05 5,14 0,016 2,11 0,2 Cr 3,15, max 0,03 6 15 15 0,005 15 0,08 0,032 4 1,6 min 0,01 7 2,8 13 0,2 Ni - - max 0,2 11 21,3 17 4,4 min 0,04 12 24,8 13 0,015 3,14 0,69 8 0,27 15 112,3 Zn max 0,57 15-17 144,6 14 0,035 2,11 0,81 2,16 0,06 20 167,1 min 0,01 10 197,8 3 0,6 Mn - - 0, max 15 758,2 14 5,6 min 0,16 10 0,06 13 0,7 3 0,05 3 16,4 Fe max 1,15 11 0,11 5 2,3 9,11 0,33 8 35,6 3,10, min 0,008 8 12,3 20 0,01 5 0,05 5 0,03 1,4 Pb 2, 9,14, max 0,07 11 36,4 0,02 0,08 9 0,05 11,15 9,5 15 15, min 0,02 10 3,0 Co - - - max 0,07 3 9,4 10, min 0,1 10 0,09 0,13 12 4,9 Sr - max 0,7 13 0,24 13 0,23 3,20 22,3 Выбор металлов для проведения мониторинга содержания определялся целями исследования (эколого-геохимическое зонирование – расширенный перечень, исследование влияния содержания металлов в организме от содержа ния во внешней среде – узкий перечень).
Нелинейный характер зависимости содержаний металлов в системе «сре да-биосреды» вероятно связан с взаимным влиянием металлов при их совмест ном поступлении (повышенное всасывание или усиленная элиминация из орга низма).
Таким образом, определение содержания металлов в биосредах детей по зволяет установить интегральный эффект их поступления. Для исследуемых в различных компонентах природной среды и биосредах детей металлов на осно вании проведеного анализа распределения переменных, визуально, с помощью гистограмм определялась нормальность эмпирического распределения. Осо бенности распределения металлов в средах по зонам исследования также изу чались с помощью разработанных диаграмм и моноэлементных карт-схем. Ус тановлено неравномерное распределение содержания Zn, Cu, Mn в снежном по крове, Pb, Cd, Mn - в почвенном покрове, Fe, Sr - в потребляемой питьевой во де. Для биосред детей отмечена в наибольшей степени изменчивость содержа ния металлов в волосах детей в зависимости от места проживания. Таким обра зом, определены металлы - индикаторы (маркеры) напряженности территории по уровням загрязнения исследуемых сред, проведено эколого-геохимическое зонирование территории г. Казани. Завершающим этапом явилось выделение зон риска. Проведенный расчет вероятностного риска позволил определить ве роятность превышения по зонам исследования содержания металлов над фоно вым, выделить зоны по совокупности вероятностных рисков: для Sr – зоны и 20;
для Pb - зоны 2, 11, 12;
для Cd - зоны 4 и 14;
для Cu - зоны 5,11,15,17;
для Cr – зона 6;
для Ni – зона 17;
для Mn - зона 15;
для Co – зона 3;
для Zn – зоны 15, 16, 17 и таким образом обобщить результаты эколого-геохимического зони рования территории.
Для выделения причинно-значимых факторов среды, в наибольшей сте пени влияющих на содержание металлов в биосредах, целесообразно использо вать различные подходы к обработке данных с целью повышения адекватности выводов. Нами были использованы дополняющие друг друга факторный и кла стерный анализы для выделения металлов, вносящих наибольший вклад в из менчивость всей выборки и имеющих отличное от других распределение зна чений. Сравнение результатов, полученных в ходе факторного и кластерного анализа, позволило выделить металлы: стронций и железо в питьевой воде, цинк и медь в снежном покрове, марганец и свинец в почвенном покрове.
С помощью выделенных причинно-значимых факторов можно оценить связь между содержанием металлов в среде и в биосредах, а также определить степень негативного воздействия поступления металлов в городскую среду с помощью методов математического моделирования. В рамках исследования разработаны модели линейной регрессии:
Sr волос = 3.20 + 35.16 * Sr воды (R=0.75;
критерий Фишера F=107.5;
процент «объясняемой дисперсии» 55,6% при уровне значимости p=0.00001).
Fe волос = 19.82 + 62.33 * Fe воды (R=0.28;
критерий Фишера F=7.15;
процент «объясняемой дисперсии» 18,3% при уровне значимости p=0.032).
Невысокий коэффициент регрессии вероятностно связан с наложением изменчивости содержания железа в анализируемых пробах в зависимости от состояния водоводов и разводящих сетей, которое в рамках представленной ра боты не исследовалось.
Cu волос = 99.18*Cu снега + 7. (R=0.84, критерий Фишера F=70, p=0.0001, процент охвата 70.8%).
Cd волос = 1.29*Cd почвы – 0. (R=0.70, критерий Фишера F=37.4, p=0.000027, процент охвата 72.2%).
Mn волос = 0.014*Mn почвы – 2. (R=0.81, критерий Фишера F=59.3, p=0.002, процент охвата 67.2%) Поскольку зависимость содержания металлов в биосредах детей от содер жания в среде в ряде случаев носит не линейный характер, использована поли номиальная модель подбора функций распределения.
Pb волос = 0,75*Pb почвы - 0,008 *Pb почвы2 -4, Zn волос = 92,51+449,59*Zn снега - 427,85*Zn снега Разработанные модели полиномиальной подгонки и линейной регрессии позволили рассчитать содержание металлов в волосах детей, отражающее сте пень накопления в организме в зависимости от содержания в исследуемых ком понентах окружающей среды. Разработанные модели можно использовать с це лью прогноза изменчивости содержания металлов в организме в зависимости от уровней их содержания в среде.
Полученные модели позволили разработать принципиально новый под ход к определению пороговых содержаний металлов в среде - на основе регио нальных нормативов содержания в волосах в мкг/г (Sr – 14, Fe – 55, Cu -25, Pb -10, Mn-8, Zn-200, Cd - 1,4).
Рассчитаны пороговые содержания металлов, выделенных как причинно значимые факторы, в исследуемых средах, превышение которых приведет к на коплению в биосредах детей и свидетельствует о степени негативного влияния антропогенного поступления металлов на территорию города. Результаты рас четов представлены в табл. 2.
Таблица Сравнение разработанных пороговых и действующих нормативов содержания металлов в различных средах Металл (среда) Величина порого- % выборки, пре вой концентрации вышающий поро в среде говые содержания Sr (питьевая вода) 0,3 мг/л 8,8% Fe (питьевая вода) 0,6 мг/л Cd (почва) 1,1 мг/кг 8,7% Pb (почва) 27,5 мг/кг 25% Mn (почва) 752 мг/кг 4,6% Zn (снежный покров) 0,4 мг/л 16,8% Cu (снежный покров) 0,2 мг/л 6,2% Для оценки качества снежного покрова не разработаны нормативы ПДК, поскольку снег не является средой обитания живых организмов. Для сравнения использовались, как это принято, ПДК металлов, разработанные для поверхно стных вод. Полученные пороговые концентрации являются более жесткими, чем нормативы ПДК для металлов: Sr в питьевой воде – в 23 раза, Zn в снежном покрове – в 2,5 раза, Cd в почве - в 2 раза, Pb в почве - на 20%. Для содержания Mn в почвенном покрове величина ПДК отличается незначительно (в пределах 10%). Менее жесткие в сравнении с ПДК значения найдены для Fe в питьевой воде (до 1,9 раз) и Cu в снежном покрове (до 1,8 раз).
Выявленное у исследуемых групп детей накопление металлов в биосре дах (волосы) явилось основанием разработки методов для минимизации нега тивного воздействия металлов на организм. Методы могут состоять как в пре дотвращении дальнейшего поступления избыточных количеств металлов (очи стка и доочистка питьевой воды), так и в уменьшении содержания уже накоп ленных металлов в организме (использование энтеросорбентов/БАД).
Установлено, что распределение металлов в пробах питьевой воды даже относящихся к одному и тому же водозабору неравномерно, что является след ствием вторичного загрязнения питьевых вод в результате прохождения по во доводам и разводящим сетям. Следовательно, дифференцированная доочистка потребляемой питьевой воды должна проводиться в конечной точке потребле ния, в домах и квартирах, с учетом доминирующего водного пути поступления металлов в организм.
В этой связи целесообразно протестировать все представленные на рынке типы фильтров и исследовать наиболее распространенные в модели для оценки эффективности очистки от солей металлов.
Результаты проведенного исследования (концентрация элементов в воде до и после очистки в мг/л, жесткость в мг-экв/л) представлены в табл. 3,4. На основе результатов анализа проб воды разработаны рекомендации по ее доочи стке в зависимости от источника водоснабжения и характера вторичного за грязнения.
Установлена эффективность протестированных мембранных ("ECO MASTER", "Instapure", "Omni total plus", средняя эффективность 89%, достигает 99% по железу, снижение жесткости достигает 68%), ионообменных ("Родник 3M", "Росинка", «Водолей», средняя эффективность 71%, максимальная эффек тивность – 95% по стронцию, снижение жесткости достигает 34%) и сорбцион ных систем очистки («Барьер», «Brita» средняя эффективность – 67%, макси мальная – 92% по стронцию, однако в условиях повышенной жесткости эффек тивность сорбции значительно падает, снижается также и фильтрация солей жесткости до 8%).
Для доочистки питьевой воды Волжского водозабора пригодны все типы протестированных фильтров, а в условиях повышенной жесткости воды под земных источников водоснабжения эффективность многих систем снижается.
Наиболее эффективны в этих условиях мембранные фильтры, а оптимальными (по соотношению качество/цена) являются ионообменные фильтры, обеспечи вающие необходимую и достаточную степень доочистки питьевой водопровод ной воды от солей жесткости и металлов.
Таблица Эффективность различных фильтров для доочистки воды от поверхностного источника водоснабжения Система очистки/ Жесткость Zn Pb Cr Sr Fe концентрация ионов металлов (мг-экв/л) (мг/л) Родник-3M До 0.02 0.01 0.004 0.12 0.11 2. После 0.016 0.008 0.001 0.04 0.07 2. Эффективность 30% 33% 71% 64% 39% 18% Росинка До 0.02 0.02 0.004 0.19 0.11 3. После 0.009 0.006 0.001 0.02 0.04 2. Эффективность 63% 60% 68% 91% 63% 30% Водолей До 0.03 0.02 0.005 0.21 0.09 2. После 0.006 0.006 0.001 0.01 0.016 2. Эффективность 79% 71% 71% 95% 82% 11% ECO До 0.02 0.01 0.007 0.13 0.11 3. MASTER После 0.001 * 0.001 0.02 0.01 2. Эффективность 95% 98% 82% 86% 87% 36% Instapure До 0.02 0.01 0.004 0.12 0.11 2. После 0.003 0.005 * 0.01 0.01 2. Эффективность 88% 58% 93% 91% 91% 11% Brita До 0.02 0.01 0.005 0.16 0.09 3. После 0.009 0.005 0.0015 0.01 0.04 2. Эффективность 59% 58% 71% 92% 57% 17% HIMBUS До 0.02 0.016 0.004 0.12 0.11 3. После 0.001 * * 0.006 * 2. Эффективность 95% 98% 91% 95% 99% 33% Omni total До 0.02 0.015 0.004 0.11 0.09 3. plus После 0.005 0.004 0.0006 0.011 0.02 2. Эффективность 78% 73% 86% 90% 76% 24% Примечание: * - концентрация 0.0003 мг/л.
Таблица Эффективность различных фильтров для доочистки воды от подземных источников водоснабжения Система очистки/ Жесткость концентрация ионов металлов Zn Pb Cr Sr Fe (мг-экв/л) (мг/л) Родник-3M До 0.02 0.015 0.004 0.29 0.06 7. После 0.015 0.009 0.001 0.08 0.04 5. Эффективность 25% 40% 62% 72% 27% 21% Росинка До 0.02 0.02 0.003 0.29 0.1 7. После 0.009 0.007 0.001 0.04 0.04 5. Эффективность 50% 58% 63% 87% 62% 31% Водолей До 0.017 0.02 0.004 0.21 0.07 7. После 0.003 0.006 0.001 0.01 0.01 4. Эффективность 83% 70% 66% 94% 84% 34% ECO До 0.02 0.02 0.004 0.23 0.06 7. MASTER После 0.002 * 0.001 0.03 0.01 2. Эффективность 89% 98% 71% 88% 84% 61% Instapure До 0.02 0.02 0.003 0.24 0.07 7. После 0.003 0.005 0.001 0.023 0.005 5. Эффективность 86% 74% 69% 91% 93% 24% Brita До 0.017 0.018 0.003 0.3 0.07 7. После 0.008 0.009 0.001 0.04 0.03 6. Эффективность 53% 50% 64% 88% 58% 8% HIMBUS До 0.017 0.019 0.04 0.22 0.07 7. После 0.001 0.006 * 0.01 * 2. Эффективность 94% 69% 91% 95% 99% 68% Omni total До 0.02 0.017 0.003 0.27 0.06 7. plus После 0.004 0.006 0.0008 0.03 0.01 3. Эффективность 80% 65% 77% 89% 81% 56% Примечание: * - концентрация 0.0003 мг/л.
Для выведения накопленных металлов и устранения дисбаланса металлов в организме исследовались биосреды (сыворотка крови, моча) у 162 детей на содержание цинка, меди, железа, хрома, стронция, свинца. Полученные значе ния сравнивались с региональными нормативами содержания металлов в крови и моче. Отмечены повышенные уровни содержания в сыворотке крови хрома ( до 2,7 раза), стронция (до 1,4 раз), свинца (до 1,3 раз) на фоне недостатка цинка (до 1,2 раз). Содержание меди у исследуемых детей входит в диапазон значе ний региональных нормативов содержания.
В моче также отмечено превышение содержания хрома (до 2 раз), строн ция (до 2,5 раз), свинца (до 1,4 раз) на фоне повышенного содержания цинка (до 1,7 раз) и меди (до 2,2 раз) по сравнению с региональными нормативами содержания. Как известно, повышенное содержание металлов в моче нарушает функции почек.
Одним из наиболее эффективных методов для выведения металлов из организма является метод энтеросорбции. В этой связи необходимо было про тестировать представленные на потребительском рынке энтеросорбенты для оценки их сорбционной емкости в отношении металлов (табл.5).
Как представлено в табл. 5, лучшая сорбционная способность была выяв лена у «Полифепана», энтеросорбенты «Литовит-М» и «Феокарпин» имели меньшую силу поглощения. Сравнительная сорбционная эффективность энте росорбентов представлена следующим образом:
для Pb - «Полифепан» «Литовит-М» «Феокарпин»;
для Sr и Cr - «Полифепан» «Феокарпин» «Литовит-М».
Таблица Поглотительная (сорбционная) способность энтеросорбентов Тип Концентрация Концентрация ионов в фильтрате (мкг/мл) иона исходного рас «Полифепана» «Литовита» «Феокарпина» твора (мкг/мл) Pb2+ 0,2 0,03 0,08 0, Sr2+ 0,4 0,13 0,31 0, Cr3+ 0,1 0,06 0,07 0, Zn2+ 2,2 0, 71 1,65 2, Cu2+ 1,0 0,87 0,98 1, Однако, «Полифепан», являясь неселективным энтеросорбентом, в такой же степени сорбирует все металлы, независимо от того, находятся ли они в ор ганизме в избытке (в нашем исследовании – Pb,Cr,Sr) или отмечен их дефицит (Zn). Менее выраженная сорбция дефицитного цинка отмечена при применении «Литовита-М». Использование «Феокарпина», напротив, показало тенденцию к восстановлению его дефицита.
Таким образом, полученные результаты сравнительной оценки эффек тивности использования различных сорбентов показали необходимость даль нейшего определения их сорбционных возможностей на основании исследова ния биосред детей до и после применения энтеросорбентов. Кроме того, для нормализации содержания металлов в организме могут применяться не только энтеросорбенты, но и БАДы, активизирующие процессы биотрансформации металлов в нетоксичные соединения с их последующим выведением.
Для этих целей применялись «Полифепан» – для 26 детей, «Литовит-М» – для 43 детей, «Феокарпин» – для 30 детей. БАД «Неоселен», активизирующая процессы выведения металлов из организма, применялась для 22 детей и со вместное применение «Полифепана+Неоселена» использовалось для 12 детей.
Для 29 детей (контрольная группа) энтерособенты и БАД не применялись, они проходили обычное санаторно-курортное оздоровление (диетическое питание, режим дня, гимнастика, массаж, физиотерапия, прогулки на свежем воздухе).
Использование энтеросорбентов/БАД изменяло содержание металлов, практически во всех группах детей отмечалось снижение концентрации метал лов находящихся в избытке в сыворотке крови (Pb, Cr, Sr). По степени сниже ния уровня Pb в сыворотке крови построен ряд: «Полифепан» (на 35%, p0,001) «Феокарпин» (на 28%, p0,001) «Литовит» (на 27%, p0,001) «Неоселен» (на 14%,p0,05). При применении комбинации «Полифепан + Неоселен» не отмечено изменений содержания Pb в сыворотке крови.
Все используемые в исследованиях энтеросорбенты/БАД показали доста точную эффективность в уменьшении высокой концентрации Cr в сыворотке крови у детей - более, чем на 1/3. Построен ряд по степени снижения Cr в сыво ротке крови при использовании энтеросорбентов/БАД: «Полифепан + Неосе лен» (на 40%, p0,01) «Неоселен» (на 33%, p0,01) «Феокарпин» (на 27%, p0,05) «Полифепан» (на 25%, p0,05) «Литовит» (на 17 %, p0,05) По степени снижения уровня Sr в сыворотке крови построен ряд: «Лито вит»(на 39 %, p0,001) «Неоселен»(на 29 %, p0,01) «Полифепан + Неосе лен» (на 22 %, p0,05) «Полифепан» (на 21 %, p0,01).
При использовании «Феокарпина» снижение концентрации Sr в сыворот ке крови было не столь существенным и не достоверным (на 6%, p0,05).
Использование «Литовита-М» и «Неоселена» способствовало повыше нию содержание дефицитного Zn в крови на 31 % (p0,001) и 10% (p0,01) со ответственно. На фоне остальных энтеросорбентов/БАД сохранялся его дефи цит. Использование «Феокарпина», «Полифепана» и «Полифепан + Неоселен» не оказывало влияния на содержание Zn в сыворотке крови, его уровень сохра нялся относительно постоянным как до, так и после (p0,05). Колебание уровня Cu в сыворотке крови у детей при использовании различных энтеросорбен тов/БАД было не существенным (p0,05).
При использовании энтеросорбентов/БАД отмечено изменение содержа ния в моче Zn, Cu и Sr, а содержание Pb и Cr оставалось неизмененным по срав нению с исходным уровнем (p0,05). Достоверное снижение содержания Zn было в группах детей, применявших «Полифепан» (на 38 %, p0,05), «Литовит М» (на 37 %, p0,05) и «Феокарпин» (на 26%, p0,05). Использование «Поли фепана + Неоселен» и «Неоселен», напротив, увеличивало содержание Zn в моче. Это связано со свойством «Неоселена» способствовать биотранс формации металлов в водорастворимые метаболиты, усиленно выводимых поч ками с мочой.
Независимо от используемых энтеросорбентов, у детей отмечено значи тельное снижение концентрации Cu в моче по сравнению с уровнем до приме нения энтеросорбентов/БАД, построен ряд: «Литовит» (на 66 %, p0,001) «Неоселен»(на 32 %, p0,01) «Феокарпин» (на 30%, p0,05) «Полифепан» (на 25 %, p0,01) «Полифепан + Неоселен» (на 23 %, p0,05). Достоверное уменьшение содержания Sr отмечено при использовании «Полифепана» (на 37%, p0,001).
Для детей контрольной группы, получавшей традиционное санаторно курортное оздоровление, понижение избыточного содержания металлов в био средах отмечено в наименьшей степени, как и сохранение дисбаланса металлов в организме.
Таким образом, использование энтеросорбентов /БАД у детей с избыточ ным содержанием металлов и нарушениями баланса металлов в организме по зволило установить положительное действие на содержание металлов в биоло гических средах организма. Исследование возможностей энтеросорбентов/БАД для выведения избыточного содержания металлов из организма и нормализа ции баланса металлов позволяет оптимально подбирать типы энтеросорбен тов/БАД с учетом индивидуальных особенностей содержания металлов в орга низме.
Таким образом, результаты, полученные в ходе экологического монито ринга, позволили разработать мероприятия по уменьшению негативного воз действия металлов на население на территории г. Казани с целью обеспечения экологической безопасности условий проживания.
Использование рекомендаций по уменьшению негативного действия ме таллов на организм в условиях их избыточного поступления и накопления по зволят для любого жителя города с учетом индивидуальных особенностей со держания металлов в биосредах и степени вторичного загрязнения питьевых вод металлами подобрать средства для минимизации воздействия металлов на организм.
С целью улучше- 0, ния качества питьевой воды, приготавливае мой на наиболее круп- 0, Al (SO ) 2 ном источнике питье- FeCl + Al (SO ) 3 2 вого водоснабжения г. FeCl Оптическая плотность ( D) Казани – Волжском во- 0, дозаборе, исследова лись способы оптими зации реализуемого 0, коагуляционного мето да водоочистки. Разра ботаны рекомендации по увеличению эффек- 0, тивности коагуляции, установлено, что ис пользование коагулян- 0, та FeCl3 более пер- 0 20 40 60 80 Время (t, мин) спективно, чем приме няющегося Al2(SO4)3, Рис. 8 График зависимости оптической плотности от времени при коагуляции воды различными коагулянтами поскольку коагуляция в этом случае идет с достаточно высокой скоростью (через 30-40 минут дос тигается достаточная степень осветления воды). С коагулянтом Al2(SO4) процесс идет медленнее и аналогичная степень осветления достигается через 1.5 часа (рис.8). Кроме того, при использовании Al2(SO4)3 концентрация оста точного алюминия увеличивается в 3,5 раза по сравнению с исходным содер жанием в природной воде. Использование смешанного коагулянта FeCl3 + Al2(SO4)3 (1:1) имеет ограничения, поскольку величина перманганатной окис ляемости после его использования превышает ПДК в 1,3 раза.
Применение коагулянта FeCl3 позволяет достичь достаточную степень осветления воды при высокой скорости коагуляции без применения флоку лянта. На основании анализа коагуляционных кривых в зависимости от кон центрации была подобрана оптимальная концентрация коагулянта, которая со ставила 3·10-4 моль/л.
В качестве альтернативы была исследована возможность ускорения и увеличения эффективности процесса коагуляции Al2(SO4)3 безреагентным ме тодом – омагничиванием природной воды постоянным и переменным полем.
Установлено, что омагничивание природной воды в течение 15 мин. в посто янном магнитном поле (достигается уже при напряженности поля 30 кА/м) позволяет сократить время коагуляции до 30-40 мин., с сохранением эффекта в течение 3 часов. При этом все исследуемые показатели (перманганатная окисляемость, жесткость, щелочность, СFe2+, СAl2+) находятся на уровне ПДК.
Использование переменного магнитного поля не позволяет достичь нор мативного качества воды по величине перманганатной окисляемости, которая находится на уровне 1.5-1.7 ПДК и приводит увеличению содержания остаточ ного алюминия до 3,8 раз по сравнению с исходным содержанием в воде до очистки.
ВЫВОДЫ 1. На основе многолетних мониторинговых исследований содержания ме таллов в компонентах окружающей среды и биосредах детей с учетом досто верности изменчивости их содержания проведено эколого-геохимическое зони рование территории города, выявлены зоны повышенного загрязнения по каж дому металлу, установлены металлы – индикаторы напряженности экологиче ской ситуации на территории города Казани: для снежного покрова - Zn, Cu, Mn;
для почвенного покрова - Pb, Cd, Mn;
для потребляемой питьевой воды Fe, Sr;
для биосред детей (кровь, моча, волосы) - Zn, Cr, Fe, Sr, Cu, Pb в пробах волос.
2. Расчет вероятностного риска полиметаллического загрязнения террито рии г. Казани позволил установить вероятность превышение содержания иссле дуемых металлов над фоновыми значениями и выделить соответствующие го родские зоны риска по каждому элементу.
3. Сопоставление экспериментальных данных с применением методов ма тематической статистики (факторный и кластерный анализ) позволило выде лить металлы, являющиеся причинно-значимыми факторами среды, влияющи ми на содержание металлов в биосредах обследуемых групп детей: Sr и Fe в питьевой воде, Cu и Zn в снежном покрове, Pb и Mn в почвенном покрове урба низированных территорий. Получены модели полиноминальной подгонки и линейной регрессии, проведена оценка воздействия металлов на организм детей (накопление в волосах) в условиях города. Разработанные математические мо дели позволяют прогнозировать изменчивость содержания металлов во внут ренней среде организма в зависимости от их содержания во внешней среде.
4. С использованием разработанных математических моделей и верхних границ региональных нормативов содержания металлов в пробах волос обсле дуемых групп детей установлены пороговые величины содержания металлов в компонентах окружающей среды, причем максимальные значения найденных диапазонов для ряда металлов ниже, чем санитарно-гигиенические ПДК: до раз для Sr в питьевой воде, до 2,5 раз для Zn в снежном покрове, до 2 раз для Cd в почве, до 20% для Pb в почве. Менее жесткие в сравнении с ПДК значения найдены для Fe в питьевой воде (до 1,9 раз) и Cu в снежном покрове (до 1, раз).
5. Совпадение геохимических аномалий в снежном и почвенном покровах и их соответствие территориальному расположению промышленных зон и на груженных автомагистралей подтверждает атмосферное происхождение гео химических полей полиметаллического загрязнения на территории г. Казани.
Данные об отсутствии повышенного загрязнения атмосферного воздуха, полу ченные расчетным путем, в ряде случаев не согласуются с идентифицирован ными по геохимическим полям металлов очагами загрязнения в снежном по крове, что доказывает необходимость корректировки результатов расчетов рас сеивания по данным снеговой съемки.
6. В снежном покрове 40 центральных и радиальных автомагистралей г.
Казани обнаружены избыточные концентрации Pb, Cd, Cu и Zn, превышающие среднестатистическое содержание общих форм металлов в 1,5-21 раз. Наибо лее перспективным для оценки и прогноза поступления металлов в приземный слой атмосферы за счет автотранспорта является использование моделей на ос нове нейронных сетей (максимальная разница между расчетными и экспери ментальными значениями не превышает 0,3%).
7. Количественно оценен уровень вторичного загрязнения питьевых вод металлами после прохождения их по разводящей сети (в 1,5-8 раз по ряду ме таллов, накапливающихся в биосредах), что требует ее доочистки.
8. Для целей доочистки потребляемой питьевой воды от металлов прове ден сравнительный анализ эффективности напорных (сорбционных) ионооб менных и комбинированных (сорбционных и ионообменных), мембранных бы товых фильтров. Показано, что ионообменные и комбинированные фильтры очищают воду от соединений Pb, Zn, Fe и Cr (48-80%), почти не уступая мем бранным фильтрам (58-96%). Наливные угольные сорбционные фильтры зна чительно уступают мембранным системам очистки, они неудовлетворительно функционируют в условиях повышенной жесткости воды, но эффективно сор бируют Pb (до 71%) и Fe (до 84%). Для доочистки питьевых вод поверхностно го источника водоснабжения (Волжский водозабор) от исследуемых металлов пригодны все типы фильтров, а для доочистки питьевых вод подземного источ ника водоснабжения (Дербышкинский и Азинский водозаборы) эффективны только мембранные и ионообменные фильтры.
9. Выявлено накопление металлов в крови и моче обследуемых групп де тей: Cr, Sr и Pb (от 1,3 до 2,5 раз), а также недостаток Zn в крови на фоне по вышенной элиминации с мочой по сравнению с региональными нормативами содержания в биосредах детей. По величине сорбционной емкости изученных энтеросорбентов (модельные эксперименты) можно составить следующие ря ды:
для Pb - «Полифепан» «Литовит-М» «Феокарпин»;
для Sr и Cr - «Полифепан» «Феокарпин» «Литовит-М».
10. При использовании «Полифепана» происходит значительное снижение концентрации Cu и Zn, что ограничивает его применение при дефиците данных металлов. Исследования биосред детей после использования «Полифепана» и «Литовита-М» показало значительное уменьшение содержания Cr, Sr, Pb в кро ви и моче. Применение «Феокарпина» оказывает положительное влияние на восстановление уровня всех металлов в биологических средах. Использование «Неоселена» не только приводит к интенсивному выведению из организма с мочой Sr, Pb, нарушающих функций почек, но и дефицитного элемента Zn.
11. Установлено, что замена используемого на Волжском водозаборе коа гулянта Al2(SO4)3 на FeCl3 в концентрации 3·10-4 моль/л ускоряет и повышает эффективность водоочистки в 3 раза. При сохранении используемого коагулян та Al2(SO4)3 аналогичные результаты достигаются совместным предвари тельным омагничиванием воды в постоянном магнитном поле с напряженно стью 30 кА/м: обеспечивается снижение содержания избыточных металлов и величины перманганатной окисляемости до уровня ПДК, исключается исполь зование флокулянта, предотвращается увеличение содержания остаточного алюминия.
ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ 1. Согласно результатам эколого-геохимического зонирования террито рии г. Казани, выявленные местоположения зон повышенного загрязнения не обходимо исключить из дальнейшего селитебного освоения и размещения про изводственных объектов.
2. Определение степени нагруженности автомагистралей города Казани может служить основой для перераспределения автотранспортных потоков, с целью предотвращения скопления автотранспортных средств на автомагистра лях, выделенных как наиболее нагруженные и уменьшения загрязнения при земного слоя атмосферы выбросами автотранспорта.
3. Результаты проведенного расчетного и экспериментального монито ринга содержания металлов в средах рекомендуется использовать для коррек тировки программы и размещения точек опробывания действующей сети мони торинга.
4. Рекомендуется использование разработанной и обученной нейронной сети для оценки поступления металлов в результате движения АТС на фоне от сутствия систематических наблюдений в зонах действия автомагистралей.
5. Для оценки степени воздействия содержания металлов в городской среде рекомендуется параллельное определение металлов в различных биоло гических средах детей: в сыворотке крови и моче – динамично реагирующих средах при изменении характера и степени антропогенного воздействия, в во лосах – для определения степени длительного воздействия факторов малой ин тенсивности.
6. Предложенный новый подход к определению пороговых содержаний металлов в исследуемых средах, лишенный недостатков нормирования на ос нове ПДК рекомендуется использовать для корректировки действующих нор мативов содержания. Установление пороговых содержаний рекомендуется про водить с применением верхних границ региональных нормативов содержания металлов в волосах с помощью разработанных моделей, отражающих влияние содержания металлов в природной среде на их накопление в биосредах (воло сах).
7. Для доочистки питьевых вод, приготавливаемых на Волжском водоза боре, достаточно использования наливных угольных сорбционных фильтров, а для доочистки артезианских подземных вод целесообразно использовать на порные ионообменные или комбинированные (сорбционные и ионообменные) фильтры. Конкретную марку рекомендуется определять на основании содержа ния металлов в питьевой воде, отобранной в конечной точке потребления, и представленных результатов тестирования фильтров.
8. Данные по эффективности ряда энтеросорбентов/БАД для выведения избыточного содержания металлов из организма и восстановления баланса ме таллов могут использоваться для уменьшения концентрации свинца в крови.
При этом следует использовать энтеросорбенты/БАДы типа «Полифепан», Ли товит-М», «Феокарпин»;
для снижения уровня стронция – «Литовит-М», «Не оселен». Использование комплекса «Полифепан+Неоселен» и БАД «Неоселен» способствует нормализации содержания хрома в сыворотке крови. Для устра нения дефицита цинка в крови наиболее эффективными являются использова ние «Литовита-М» и «Неоселена».
9. Для увеличения скорости коагуляции, обеспечения требований ГОСТа «Вода питьевая» по ряду исследуемых показателей для водоочистки природ ных вод на Волжском водозаборе целесообразно заменить используемый коа гулянт Al2(SO4)3 на FeCl3 в концентрации 3·10-4 моль/л;
использование коа гулянта Al2(SO4)3 требует предварительного омагничиванием воды в посто янном магнитном поле в течение 15 мин. при напряженности 30 кА/м.
СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Статьи в журналах, рекомендованных ВАК 1. Тунакова Ю.А. Комплексное районирование территории по степени эколо гического неблагополучия [Текст] / Ю.А. Тунакова, Г.Н. Жданова, Д.В.
Иванов, А.Р. Буданов // Безопасность жизнедеятельности. – М., 2001. – № 1. – С. 30-37.
2. Тунакова Ю.А. Оценка влияния загрязнения окружающей среды на со стояние здоровья населения [Текст] / Ю.А. Тунакова, Д.В. Иванов, Р.А.
Файзуллина, А.Р. Буданов, М.Г. Фасхутдинов // Безопасность жизнедея тельности. – М., 2002. – №4. – С. 8-12.