Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Проблема переработки отходов производства и потребления в российской федерации (обзор литературы). 10
1.1 Общая характеристика проблемы отходов производства. 10
1.2 Основные направления утилизации отходов. 12
1.3. Нефтешламовые отходы и основные пути их утилизации. 19
ГЛАВА 2. Организация, объем и методы исследования. 25
2.1. Объекты исследования. 25
2.1.1. Нефтешламовые отходы, используемые в дорожном материале. 25
2.1.2. Дорожные строительные материалы с добавлением нефтешламов. 28
2.2. Климатические особенности Нижнего Поволжья . 30
2.3. Методы исследования. 34
2.3.1. Проведение пробоподготовки образцов 34
2.3.2. Методы химического анализа 35
2.3.3. Методы экотоксикологических исследований и вегетационных опытов. 38
- Микробиологические исследования. 38
- Изучение токсического действия на высшие растения. 39
- Экотоксикологические исследования на гидробионтах. 40
- Исследование токсических свойств нефтешламовых отходов и асфальтобетона на лабораторных животных. 42
ГЛАВА 3. Изучение миграционной опасности использования отходов в дорожном строительстве .
3.1. Обоснование выбора приоритетных токсичных веществ, обусловливающих потенциальную опасность дорожных строительных материалов с использованием промышленных отходов. 48
3.2. Оценка потенциальной воздушно-миграционной опасности поступления токсичных веществ из материала для дорожного строительства . 52
3.3. Оценка потенциальной водно-миграционной опасности поступления токсичных веществ из материала для дорожного строительства. 58
ГЛАВА 4. Эколого-токсикологическая оценка нефтешламовых отходов и материала для дорожного строительства с использованием отходов . 65
4.1. Изучение влияния нефтешламовых отходов и материалов для дорожного строительства на бактериальную микрофлору. 65
4.2. Изучение влияния нефтешламовых отходов и асфальтобетона на высшие растения . 69
4.3. Тестирование на гидробионтах. 74
4.3.1. Оценка летального действия на дафниях. 75
4.3.2. Тестирование на инфузориях. 77
- Тест на хемотаксическую реакцию инфузорий. 77
- Тест на ростовую функцию инфузорий. 80
4.4. Изучение влияния нефтешламовых отходов и материала для дорожного строительства с использованием отходов на экспериментальных животных. 82
ГЛАВА 5. Определение класса опасности нефтешламового отхода расчетным методом с учетом физико-химических свойств . 89
ГЛАВА 6. Обсуждение результатов и заключение. 94
Выводы. 103
Литература. 105
Приложение 129
- Основные направления утилизации отходов.
- Климатические особенности Нижнего Поволжья
- Оценка потенциальной воздушно-миграционной опасности поступления токсичных веществ из материала для дорожного строительства
- Изучение влияния нефтешламовых отходов и асфальтобетона на высшие растения
Введение к работе
Актуальность проблемы. Масштабы современного производства в любой отрасли народного хозяйства характеризуются потреблением огромного количества различного сырья, в процессе переработки которого в Российской Федерации ежегодно образуется около 90 млн. т промышленных отходов. Из них примерно 350 тыс. т являются нефтешламами. Повторно используется на предприятиях только около 180 тыс. т нефтешламов [13,38]. В Волгоградской области в среднем за год образуется 1833 тыс. т промышленных и бытовых отходов, из которых в повторный оборот вовлекается около 248 тыс. т (примерно 13%).
Данных по образованию в Волгоградской области нефтешламов в доступной литературе не найдено. Отсутствуют также научно обоснованные сведения о степени их токсичности и опасности. Согласно Временного классификатора токсичных промышленных отходов (Утв. 13.05.87., MP МЗ СССР.- №4286-87)[23] токсичность и опасность нефтешламов и нефтеотходов механической очистки сточных вод, определенные расчетным методом, оцениваются III классом опасности, что позволяет утилизировать их на полигонах.
В составе сточных вод нефтешламы сбрасывались в течение многих лет в пруды-испарители (накопители). Акватории прудов-накопителей нефтешламовых отходов являются источником вторичного загрязнения сопредельных сред, поэтому для Нижнего Поволжья, региона добычи и переработки нефти, особенно актуально стоит вопрос утилизации нефтешламовых отходов. В доступной литературе отсутствуют данные об экспериментальной оценке токсичности нефтешламов. Существует мнение, что по мере увеличения срока хранения нефтешламовых отходов их токсичность усиливается [94]. Нефтепродукты являются опасными для окружающей среды органическими соединениями. На сегодняшний день отсутствует гигиенический норматив их содержания в почве.
Одно из направлений утилизации накопленных отходов нефтепереработки - использование в производстве асфальтобетонных смесей, применяемых в дорожном строительстве [40,41]. Изготовление дорожных строительных материалов является одним из самых материалоемких производств. Удельный вес сырья достигает в этой отрасли 50 и более процентов. Замена традиционных строительных материалов отходами позволяет: сохранить естественный ландшафт за счет ограничения новых разработок для добычи природных строительных материалов; сократить земельные площади, отводимые под складирование отходов; уменьшить вредное воздействие полигонов и свалок на состояние окружающей среды. При этом возможно существенно снизить затраты, направленные на обслуживание полигонов и производство строительных материалов [187].
Отходы нефтепереработки содержат потенциально опасные вещества, в связи с чем для решения вопроса о возможном их использовании необходима эколого-гигиеническая оценка как самого нефтешлама, так и материалов, изготовленных с использованием отходов [17].
При решении вопроса о возможном использовании нефтешламовых отходов в качестве дорожного покрытия должны учитываться эколого-гигиенические и климато-географические особенности региона. Для региона Нижнего Поволжья характерна высокая антропогенная нагрузка на природные объекты, резко континентальный климат (зимой температура воздуха достигает -20-23 С, летом - +40-45 С, на почве - до 70С), часто наблюдаются температурные инверсии [46,47].
Отсутствие современных научных данных о степени токсичности и опасности нефтешламов, появление в последние годы ряда нормативно-методических документов, регламентирующих технологии оценки опасности отходов производства и потребления [158,159] и методы комплексной эколого-гигиенической оценки строительных материалов [92], аргументируют актуальность эколого-гигиенической оценки материалов для дорожного строительства, изготовленных с использованием нефтешламовых отходов.
Цель работы: разработка схемы эколого-гигиенической оценки нефтешламовых отходов и возможности их использования для дорожного строительства в условиях Нижнего Поволжья.
Для достижения этой цели были поставлены основные задачи:
Изучение процессов миграции органических веществ из нефтешламовых отходов и материалов для дорожного строительства в воздух окружающей среды.
Изучение процессов миграции органических веществ из нефтешламов и асфальтобетонов в воду.
3. Оценка токсичности нефтешламовых отходов и материалов для дорожного строительства по отношению к теплокровным лабораторным животным.
Оценка токсичности отходов и материалов для дорожного строительства на основе биотестирования.
Оценка влияния нефтешламовых отходов и материалов для дорожного строительства на санитарный режим почвы.
6. Разработка нормативного документа, регламентирующего использование нефтешламовых отходов для дорожного строительства в условиях Нижнего Поволжья.
Научная новизна.
На основе изучения процессов миграции органических токсичных веществ нефтешламовых отходов в сопредельные среды в климатических условиях Нижнего Поволжья показано, что высокие летние температуры усиливают интенсивность воздушно-миграционных процессов, а закисленные природные осадки и грунтовые воды увеличивают вымывание органических веществ из дорожного материала.
Получены данные о большей чувствительности методов биотестирования, использованных при эколого-гигиенической оценке дорожных строительных материалов с добавлением отходов, в сравнении с традиционными методами токсикологии.
3. Впервые научно обоснована комплексная схема эколого-гигиенической оценки дорожного материала с добавлением нефтешлама, предполагаемый регион использования которого Нижнее Поволжье.
Практическая ценность и внедрение результатов работы.
Разработана схема проведения эколого-гигиенического и токсикологического исследований промышленного нефтешламового отхода, подготовлен его токсиколого-гигиенический паспорт.
Разработан нормативный документ «Методические рекомендации по эколого-гигиенической оценке нефтешламовых отходов И ВОЗМОЖНОСТИ их использования для дорожного строительства в условиях Нижнего Поволжья», регламентирующий эколого-гигиенические требования по использованию нефтешламовых отходов для дорожного строительства в условиях Нижнего Поволжья.
Материалы работы докладывались: -на международной научно-практической конференции «Охрана атмосферного воздуха: системы мониторинга и защиты», Пенза, 1999 г.; -на международной научно-практической конференции «Загрязнение окружающей среды и здоровье населения», Смоленск, 1999 г.; -на ежегодных научных сессиях Волгоградской медицинской академии, Волгоград, 1999, 2000 гг.; -на ежегодных научных сессиях молодых ученых ВМА, Волгоград, 1999,2000 гг.; -на международной научно-практической конференции «Экологическая безопасность и экономика городских и теплоэнергетических комплексов», Волгоград, 1999 г.; - на пленуме межведомственного научного совета по экологии человека и гигиене окружающей среды Российской Федерации «Проблемы гигиенического нормирования и оценки, химических загрязнений окружающей среды в XXI в.», Москва, 1999 г.; -на 58 итоговой научной конференции студентов и молодых ученых, посвященной 65-летию Волгоградской медицинской академии, Волгоград, апрель 2000 г.; -на годовых экологических чтениях, проводимых Волгоградским отделением международной академии авторов научных открытий и изобретений, Волгоград, апрель 2000 г.; -на международной научно-практической конференции «Промышленные и бытовые отходы: проблемы хранения, захоронения, утилизация, контроля», Пенза, 2000 г.; -на международной научно-практической конференции-семинаре «Проблемы международного сотрудничества в области архитектуры, строительства и охраны окружающей среды», Хаммамет, Тунис, ноябрь 2000г.
Положения, выносимые на защиту:
Приоритетные вещества, обуславливающие токсичность и потенциальную опасность нефтешламов и дорожных материалов с их использованием: бензол, ксилолы, толуол, стирол.
Нефтешламы с разным содержанием механических примесей (14,7% и 0,33%) и нефтепродуктов (43,3% и 19,1%) относятся к III классу опасности (умеренно опасным химическим веществам), образцы дорожных строительных материалов (асфальтобетоны) - к IV классу опасности (малоопасным химическим веществам).
Нефтешламовые отходы могут быть использованы для дорожного строительства в эколого-гигиенических и климато-географических условиях Нижнего Поволжья.
Основные направления утилизации отходов.
В настоящее время на территории страны нет предприятий, работающих по безотходной технологии. В странах Европы в настоящее время вторичному использованию подлежит в среднем более 50% всех образующихся малотоксичных отходов. В Российской Федерации в повторный оборот в 1993 г. было вовлечено только 16% образующихся отходов [17,96,140,147].
В настоящее время сложились два основных метода обезвреживания твердых отходов: утилизационный (переработка отходов в органическое удобрение, биотопливо, выделение вторичного сырья для промышленности, использование неутилизируемых горючих частей в качестве энергетического топлива) [168] и ликвидационный (захоронение в глубь земли, сброс в море, сжигание без использования тепла) [42,58]. Г.И. Сидоренко и В.М. Перелыгин (1985) предложили подразделение методов обезвреживания ОПиП по технологической сущности на почвенно-биологические (вывоз на свалки, полигоны складирования, компостные поля), индустриально биологические (заводы биотермического компостирования), термические (сжигание без использования тепла, сжигание отходов как энергетического топлива, пиролиз с получением горючего газа и нефтеподобных масел), химические (гидролиз), механические (сепарация отходов с последующей утилизацией, прессование отходов в строительные блоки) [114,168].
В России в настоящее время основным методом утилизации отходов по-прежнему является складирование на полигонах и вывоз на санкционированные и несанкционированные свалки [38,198].
Свалки и территории полигонов являются постоянно действующими источниками поступления токсичных веществ в окружающую среду [32,33, 35,47,48,59,144]. Такие требования, предъявляемые к инженерным сооружениям для захоронения ПО, как обязательная обваловка полигона по периметру, подготовка грунтового основания полигона с коэффициентом фильтрации не более 10"6 м / сутки, уплотнение складируемых отходов и т.д. [56,93,131,132], снижают воздействие отходов на окружающую среду, но не полностью ограждают ее от загрязнения. Данные мониторинга почв и водных объектов вблизи расположения свалок и полигонов свидетельствуют о том, что вымывание токсичных веществ из ПО приводит к загрязнению грунтовых и поверхностных, а иногда и артезианских вод [47,58,76,126,172, 175,194]. ТБО наряду с полигонным складированием перерабатываются индустриально-биологическим методом под действием аэробной микрофлоры во вращающихся барабанах при оптимальных условиях увлажнения и аэрации в компост и биотопливо [8,30,66,126,168]. Одним из отработанных и распространенных в мире является метод сжигания ОПиП. Основным его преимуществом является сокращение объемов отходов более чем в 10 раз. К 80-м годам на основе различных технологий по уничтожению ТБО во всем мире было создано более 1000 мусоросжигательных заводов различных типов. В нашей стране с опозданием на сто лет, по мнению Русакова Н.В. (1998 г.), было построено 10 мусоросжигательных заводов, которые сейчас в основном не работают, и 4 мусороперерабатывающих предприятий. Так из 4 заводов в г. Москве работает только один [90,126,146]. Функционирование мусоросжигательных заводов и развитие метода сжигания ОПиП проходило ряд этапов. В 70ые гг. и начале 80ых работали заводы, использующие технологию сжигания мусора при температуре от 500 до 800 С, в результате чего образуются диоксины, шлаки, золы, дымовые газы и др. вещества, оказывающие негативное влияние на окружающую среду. С конца 80х гг. в Европе (в Германии, Швеции, Норвегии, Финляндии и других странах) начали действовать мусоросжигательные заводы нового поколения. При этом сжигание мусора осуществляется при температуре 1300 С, что приводит к полному сгоранию образующихся диоксинов (остаточные концентрации не превышают ПДКав) и других загрязняющих веществ [119,126,168,203,209,210]. Энергия, вырабатываемая при функционировании завода, утилизируется в ходе процесса выпаривания жидких отходов и используется для теплоснабжения близлежащего района [123].
Одним из рациональных методов обезвреживания твердых бытовых отходов является пиролиз. При нем термическая переработка разделяется на 2 стадии: получение горючих газов или мазута и последующее использование полученных продуктов в качестве топлива или химического сырья [111,168,208,218,219]. Наиболее экономически оправданным по сравнению с другими является гидролизный метод переработки ТБО [126]. Путем гидролиза удалось получить этанол, фурфурол, дрожжи и другие важные продукты. Для получения дрожжей могут использоваться отходы деревообрабатывающей и сельскохозяйственной промышленности (опилки, солома и др.). Из 1 т таких отходов можно получить от 210 до 275 кг дрожжей [168]. Промышленные отходы используются в различных областях промышленности [17,34,52]. Ряд авторов (Борисенкова Р.В., Хадыкина Т.М., 1998; Бутолин А.П., Щербо В.А., 1995) предлагают использовать отходы для закладки выработанного пространства шахт, карьеров [17,20]. Описано использование отходов в качестве удобрения [8,30,44,81]. Г.А. Бекетова (1998) проводила вегетационные исследования по изучению влияния отходов деревообрабатывающей промышленности (сосновой коры) на яровую пшеницу при различных типах почвы [9]. Результаты экспериментов позволили рекомендовать использование данного ПО на вышел очном черноземе и на серой лесной почве. Эти эксперименты требуют продолжения, так как не учитывалось влияние отхода на санитарно-химический режим почвы. Применение в качестве полимикроудобрения шлаков Медногорского медносерного комбината, содержащего в своем составе необходимые растениям цинк, марганец, медь, проблематично из-за входящих в него свинца, хрома и других тяжелых металлов, накапливающихся в почве и в растениях [77,153].
Климатические особенности Нижнего Поволжья
Опытный участок из асфальтобетонной смеси на битумах, вспененных водосодержащим нефтешламом, был уложен в 1998 г. в г. Волгограде в районе 2й продольной магистрали на пересечении ее с улицей Песчаной у дома 2б. Конструкция дорожной одежды включала верхний слой покрытия из опытной смеси, нижний слой, щебеночное основание и песчаный подстилающий слой. Горячие асфальтобетонные смеси, приготовленные по технологии, разработанной специалистами Волгоградской государственной архитектурно-строительной академии [41,154], рекомендуется применять для устройства нижних и верхних слоев покрытий.
Контролем служил образец плотного асфальтобетона, изготовленный по стандартной технологии. Факторами, влияющими на важнейшие процессы жизнедеятельности человека и окружающую среду, являются климатические условия. К ним относятся температура, влажность, давление, солнечная энергия и др., от которых зависит степень воздействия на население тех или иных вредных веществ. Так, например, в условиях влажного субтропического климата с большим количеством ливневых дождей нефть и продукты ее переработки интенсивно минерализуются и выщелачиваются из почв, хотя создается эффект «заболачивания» [118]. В условиях же Среднего Приобья из-за низких годовых температур и в связи с этим затрудненными микробиологическими процессами снижается эффективность естественных механизмов самоочистки почв от нефтепродуктов [62].
Волгоградская область расположена в Нижне-Волжском климатическом районе и для характеристики ее природно-климатических условий были использованы данные Комитета Гидрометеорологии г. Волгограда и Комитета охраны окружающей среды г. Волгограда. Волгоград, являющийся крупным промышленным городом, формирует свой особый метеорологический режим, отличающийся от климата окружающего его ландшафта. Этот городской климат влияет на условия труда, быта и отдыха горожан [46,47]. И без учета климатических особенностей невозможно перспективное планирование и ведение городского хозяйства, снижение уровня загрязнения в городе.
Климат в районе г. Волгограда резко континентальный. С юго-востока к городу вплотную приблизились Прикаспийские пустыни, и их влияние особенно ощущается в летние месяцы: лето продолжительное, сухое, знойное, пыльное, наступающее сразу после зимы без длительного весеннего периода. Практически сразу, после того как сойдет снег, наступают теплые дни, начинают дуть суховеи. Наиболее жаркий месяц - июль, когда температура воздуха доходит до 43 С, среднемесячная 27,3 С (табл. 2.2.1.), а на почве - до 70 С. Значительна амплитуда среднесуточных колебаний температур, в июле -августе достигает 16,3 С. Зима суровая, малоснежная с недостаточным количеством атмосферных осадков. Наиболее холодный месяц - январь, когда температура воздуха снижается до - 28 С (среднемесячная -5,4 С). Среднесуточные колебания температуры в январе до 5,8 С. Такие колебания температуры приводят, в частности, к неустойчивому снеговому покрову, к образованию зимой гололеда, к большому промерзанию почвы. Перепады зимней и летней температур достигают 79 С.
Для климата Волгограда характерно малое количество осадков, выпадающих чаще в виде ливней, сопровождающихся шквальным ветром и бурями. Годовое количество осадков в среднем 478 мм. Май, июнь, июль, август - месяцы наибольшего выпадения осадков (227 мм), но выпадают они в виде кратковременных ливней, вода не успевает глубоко промочить почву и стекает в овраги, балки. Весной, при быстром таянии снега, мерзлая земля также не может полностью впитывать талые воды. Влага смывает нефть и нефтепродукты с почв, не давая им возможности мигрировать вглубь почвы, но смытые вещества попадают в природные водоемы и из них в источники питьевого водопользования. Среднемесячная относительная влажность воздуха 69,5%, в летние месяцы - 37,6%, а в отдельные летние дни она снижается до 11-15%.
Погода в Волгограде характеризуется большим числом ясных дней. Солнце закрыто облаками не более 80 дней в году. По обилию солнечного тепла и света область стоит в одном ряду с субтропическими районами страны. Высокая интенсивность солнечной радиации и повышение температуры воздуха в летнее время способствуют фотохимическим превращениям вредных веществ и возникновению вторичных продуктов загрязнения воздуха.
В холодный период года в Волгограде преобладают северо-восточные ветры, а в теплое - северо-западные. Скорость ветра в среднем 2,4 м/с (табл. 2.2.1.) Для Волгограда характерны суховеи и пылевые бури, по данным Комитета Гидрометеорологии [46,47] суховеев бывает 50-55 за одно лето. Кроме того, следует отметить, что район г. Волгограда характеризуется пониженной рассеивающей способностью атмосферы.
Оценка потенциальной воздушно-миграционной опасности поступления токсичных веществ из материала для дорожного строительства
До настоящего времени нет единого мнения о принципах выбора приоритетных химических веществ из всего комплекса токсичных веществ, входящих в многокомпонентный состав объекта исследования [200, 211, 212]. Это относится не только к материалам для дорожного строительства с использованием отходов, но в равной мере и к строительным материалам вообще, а также отходам, загрязненным почвам. Нерешенным также является вопрос о выборе лимитирующих показателей вредности, в соответствии, с которым необходимо осуществлять выбор приоритетного вещества.
При выборе приоритетных загрязняющих веществ в отходах и материалах для дорожного строительства с использованием нефтешламов, мы оценивали вредное воздействие компонентов с учетом следующих положений: - гигиенические нормативы в различных средах; - срок эксплуатации материалов; - количественная характеристика уровня воздействия; - степень подвижности и накопления в смежных средах. Основными гигиеническими критериями, позволяющими оценить опасность ЭХВ в окружающей среде, являются его ПДК в почве, воде и воздухе. Для дорожного строительного материала, укладываемого на почву, сопоставление определяемых химическим методом концентраций токсичных веществ с ПДК вещества в почве позволяет на предварительном этапе сделать вывод о его приоритетности, а по классу опасности вещества в оцениваемой среде - о степени тяжести возможных последствий. Так как в случае изучения дорожных строительных материалов с использованием отходов речь идет об оценке опосредованного (через воздух, воду, почву и сельскохозяйственные растения) токсического действия на здоровье населения, для определения приоритетных токсичных веществ необходимо учитывать классы опасности вещества, разработанные для всех природных сред.
Срок эксплуатации материала в зависимости от категории дороги может составлять от 5 до 12 лет [51], контакт человека с дорогой построенной с применением отходов оценивается как длительный. Кроме того, дорожное сооружение нельзя изолировать от мест обитания людей. Группами населения, контактирующими с дорожной одеждой, являются профессиональные группы: рабочие дорожной и ремонтной служб, водители автотранспорта, и люди, проживающие на смежной с дорогой территории.
Количественной характеристикой уровня воздействия является концентрация токсичного вещества в исходном материале, степень подвижности и динамика его поступления и накопления в смежных средах [125]. Токсичное вещество может накапливаться и передаваться по трофическим цепям, что обуславливает его опосредованное воздействие на человека через растительность.
В основном при выборе приоритетного загрязняющего вещества используют подходы, опирающиеся на токсикологические и санитарно-гигиенические показатели и критерии. Они дают представление о степени вредности вещества и материалов с позиций токсикологии, характеризуя не только количественные параметры токсикометрии (DL5o, CL50, Zac, Zch и т.д.), но и качественные характеристики его действия (например, установленную в опыте мутагенность или канцерогенность) [29, 89].
Другим распространенным подходом, используемым при обосновании приоритета, является определение концентрации (С) загрязняющего вещества в среде и сопоставление выявленного содержания с гигиеническим нормативом содержания этого вещества (ПДК) в лимитирующей среде или фоновой концентрацией (Сф). Затем определяется коэффициент опасности (Коп) или коэффициент концентрации (Кк) токсиканта [91] (формулы 1, 2). Недостатком данного метода для определения приоритета является невозможность ранжирования токсичных веществ по степени опасности на основании этих расчетных коэффициентов.
В методических указаниях по обследованию почв [29, 89] приводится положение о том, что "оценку осуществляют по наиболее токсичным веществам, т.е. относящимся к более высокому классу опасности". При таком подходе не учитывается валовое содержания элементов, что может явиться основой неверного отнесения некоторых элементов к группе.
Поэтому при обосновании приоритетности вещества - токсиканта дорожного строительного материала, на наш взгляд, следует учитывать весь комплекс описанных выше показателей, а также способность химического вещества к межсредовым распределениям. Многими исследователями (Гончарук Е.И., Сидоренко Г.И., 1986; М.Ф. Савченков, Е.П. Лемешевская, 1989; Н.В. Русаков, 1995) неоднократно подчеркивалось, что процессы миграции между природными средами (почва - растения, почва - грунтовые воды, почва - биота) могут приводить к такому перераспределению токсичного вещества, при котором происходит многократное его концентрирование [29, 145, 156]. В результате такой аккумулирующей способности биологических сред многократно возрастающая доза токсиканта может привести к необратимым экологическим изменениям у представителей высших трофических уровней (в том числе и у человека).
Наиболее изученными межсредовыми переходами элементов являются их накопления в массе растений [70, 90]. Б.Б. Польнов, заметив неодинаковую интенсивность поглощения токсичных элементов растениями, предложил рассчитывать коэффициент биологического поглощения, в соответствии с которым разделил наиболее распространенные химические элементы-токсиканты на три группы: элементы интенсивного накопления, среднего накопления и слабого захвата. Однако в доступной литературе нет данных об интенсивности поглощения растениями токсичных органических соединений.
Перераспределение токсичных веществ между почвой и водной средой (паводковые, грунтовые, артезианские и поверхностные воды) является одним из недостаточно изученных направлений геохимии. Так, например, установлено, что водная миграция элементов из почв в почвенные воды определяется кислотно-основными и окислительно-восстановительными условиями среды и их индивидуальными особенностями [70]. Достаточно полных литературных данных о механизме водной миграции органических соединений из нефти и нефтепродуктов не найдено.
В соответствии с перечисленными выше положениями о выборе приоритетных токсикантов из комплекса химических веществ, входящих в состав материалов для дорожного строительства, были выбраны следующие гигиенические, геохимические и биологические показатели: ПДК валовых форм химических веществ в почвах (ПДКп. вал) [129], класс опасности веществ в почве [129], в воде [128] и воздухе [127, 130].
На настоящий момент ПДК нефтепродуктов в почвах по предусмотренной методическими рекомендациями полной схеме [89] не разработана. Только на региональном уровне органами Госкомсанэпиднадзора Санкт-Петербурга в 1993 г были приняты допустимые уровни содержания нефтепродуктов в почве [138].
По литературным данным нефтепродукты не оказывают влияния на общее количество почвенных бактерий, и способность почвы к самоочищению в количестве до 500 мг/кг почвы. Активность почвенных ферментов в почвах, загрязненных нефтью, снижается, начиная с 100 мг/кг нефтепродуктов [70].
Изучение влияния нефтешламовых отходов и асфальтобетона на высшие растения
В эколого-гигиенической оценке нуждается процесс поступления токсичных веществ в окружающую среду под действием водных миграционных процессов.
Объектами, с которыми в первую очередь контактируют дорожные строительные материалы, являются почвы и почвообразующие породы, а затем атмосферный воздух, поверхностные и грунтовые воды [4, 7, 14, 19, 39, 79, 97, 100, 103, 124, 155, 160, 162, 171, 172, 173, 174, 175].
Оценивая миграцию соединений из отхода и материалов для дорожного строительства, целесообразно попытаться использовать установленные для почв закономерности выщелачивания и перераспределения химических веществ. Перераспределение химических соединений связано с протеканием следующих процессов: диссоциацией соединений на подвижные катионы и анионы; растворением химических соединений; образованием в результате различных реакций более растворимых комплексных соединений [133, 134]. Кроме того, дорожные строительные материалы, также как и почва, являются многокомпонентными системами; они испытывают на себе те же природные воздействия, что и почва [76]; а фильтрационные и смывные воды прежде всего вступают в контакт с почвенным слоем, а потом уже попадают в водоемы и водотоки.
Природные явления, такие как выпадение атмосферных осадков (ливневый смыв), интенсивное таяние снега (талый смыв) и подтопление подземными водами (в случае близкого стояния грунтовых вод и в зонах с полупромывным и промывным типами водного режима), приводят к тому, что дорожные строительные материалы контактируют с природными водами.
Исходя из вышеизложенного, в экспериментах по изучению водно-миграционных процессов мы оценивали способность приоритетных токсичных веществ, выбранных в п.3.1., к мобилизации под действием трех природных процессов: обычных и кислотных дождей, подтопления грунтовыми водами.
Ряд исследователей используют в качестве модели атмосферных осадков дистиллированную воду [29, 135, 136, 216, 222, 225, 226, 227]. Поэтому, для получения результатов, сравнимых с данными других экспериментаторов, мы брали дистиллированную воду в качестве модельного раствора. Одним из видов воздействия на почву (в результате выбросов в атмосферу) являются кислотные дожди, которые увеличивают вымываемость из нее питательных элементов и приводят к снижению рН почвы, что ухудшает растворимость необходимых для жизнедеятельности организма питательных веществ [192, 193]. Для имитации закисленных природных осадков использовался раствор серной кислоты с рН=2. Выбор серной кислоты в качестве экстрагента обусловлен тем фактом, что в атмосфере региона с высокой антропогенной нагрузкой 60% кислотности обусловлено наличием серной кислоты и лишь 30% - азотной, 5% - соляной и около 2% - растворением диоксида углерода. Выбранное значение рН выщелачивающего раствора соответствует минимальному уровню закисленности атмосферных осадков, зафиксированному в мире [70, 148, 221]. В экстремальных климатических условиях может проявиться потенциальная опасность дорожного строительного материала с использованием нефтешламового отхода, обусловленная агрессивным действием почвенной влаги на материал. Поэтому нами был выбран ацетат-аммонийный буферный раствор, в который поступают из асфальтобетона подвижные и усвояемые растениями формы токсичных веществ. Однако недостаточное количество данных о миграционных процессах для нефтешламов представляет серьезную проблему при трактовке получаемых результатов. В соответствии с принятым в токсиколого-гигиенических исследованиях принципом наихудших условий (максимального риска, максимальной нагрузки, экстремальной нагрузки - термины различных авторов) в настоящих исследованиях оценивались близкие к равновесным концентрации токсичных веществ, поступающих в модельные среды. Исследователи указывают, что такие концентрации устанавливаются через сутки контакта с экстрагирующим раствором или через 1 час интенсивного встряхивания на шутеле [70, 148]. При исследовании миграции соединений в вытяжку мы стремились взять, возможно, более широкое соотношение твердая фаза выщелачивающий раствор. Наиболее приемлемым и чаще встречающимся у исследователей (что позволит сравнивать данные) является соотношение фаз 1 : 10, при котором, с одной стороны, состояние, близкое к равновесному достигается уже через сутки, а с другой - концентрация элементов в вытяжке достаточно велика, чтобы быть аналитически верно определенной. Проводя химический анализ отфильтрованных через фильтр "синяя лента" вытяжек, определяли количество бензола, ксилолов, стирола и толуола. Результаты определения приоритетных элементов - токсикантов для отходов и материалов для дорожного строительства приведены в таблице 3.3.1. водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования.
