AIR POLLUTION AND NON-CANCENOGENIC RISK ASSESSMENT IN INDUSTRIAL CITIES OF CHELYABINSK REGION

Full Text

В настоящее время одной из важнейших задач гигиены является оценка влияния химического загрязнения атмосферного воздуха на организм человека, так как, по данным ВОЗ, именно его загрязнение является наиболее важным отдельно взятым фак тором экологического риска здоровью населения в Европейском регионе [8, 9, 11]. При этом анализ состояния здоровья должен быть основан на донозологических признаках, которые в дальнейшем могут привести к заболеваниям [2, 3, 5, 17 Окружающая среда Экология человека 2019.06 10]. В связи с этим существует необходимость проведения исследований, направленных на выявление опасности отдельных факторов для здоровья населения с учётом региональных особенностей на основе моделирования возможных эффектов и оценки риска, что отмечено в работах отечественных и зарубежных гигиенистов [2-5, 7-9, 11]. Для исследования уровней загрязнения атмосферного воздуха и расчёта неканцерогенных рисков здоровью населения с выделением приоритетных веществ и неблагоприятных воздействий изучаемого фактора среды обитания на здоровье населения мы выбрали три промышленных города Челябинской области - Челябинск, Магнитогорск и Златоуст. Выбор был обусловлен тем, что, во-первых, из 30 городов Челябинской области эти города являются наиболее загрязнёнными и, во-вторых, в исследуемых городах проживает большая часть населения Челябинской области - 50,26 % [5]. Цель работы - оценка загрязнения атмосферного воздуха и расчёт неканцерогенных рисков здоровью населения, проживающего в промышленных городах Челябинской области. Методы Выбор методических приёмов определялся в соответствии с целью исследования. Качественная и количественная оценка загрязнения атмосферного воздуха городов Магнитогорска, Челябинска и Златоуста проведена на основе анализа архивной документации Магнитогорской, Челябинской и Златоустовской лабораторий мониторинга загрязнения атмосферного воздуха (Федеральной службы России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды) за 2012-2016 годы. Пробы воздуха отобраны в соответствии с ГОСТом 17.2.3.01-86. По данным постов стационарного наблюдения оценивалось содержание в воздухе взвешенных веществ, диоксида азота, оксида углерода, диоксида серы, фенола, формальдегида и бенз(а)пире-на. Рассчитывались среднегодовые концентрации названных веществ, среднеквадратическое отклонение. Определялась кратность превышения фактической среднегодовой концентрации предельно допустимой концентрации (ПДКс.г.). Значения ПДКс.г. определялись в соответствии с «Гигиеническими нормативами ГН 2.1.6. 1338-03. Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населённых мест от 31.05.03.» [1]. Оценка суммарного загрязнения атмосферного воздуха в городе Магнитогорске, Челябинске и Златоусте была проведена путём расчёта показателя комплексного загрязнения объектов окружающей среды (К - показатель). В нашем исследовании мы оценивали загрязнение только атмосферного воздуха (Катм.) за 2012-2016 годы наблюдения. Мы не брали загрязнение почвы и питьевой воды, так как именно атмосферный воздух является в данных промышленных городах главным объектом загряз нения окружающей среды. Расчёт Катм. произведён по формуле: C1 C2 Ка™. = ( ПДКС1 х N1 + ПДКС2 х N2 + ... + Cn , . + + ) х t ПДКСп х Nn ’ где С1, С2 ... Сп - среднесуточные концентрации отдельных химических веществ атмосферного воздуха; ПДКС1 ... Сп - среднесуточная ПДК загрязнителей атмосферы; N - коэффициент, величина которого зависит от класса опасности и равна: для I класса - 1, для II класса - 1,5, для III класса - 2, для IV класса - 4. В анализ мы включили только те вещества, которые определялись во всех исследуемых городах: взвешенные вещества, диоксид азота, оксид углерода, диоксид серы, фенол, формальдегид и бенз(а)пирен. В анализ не были взяты вещества, сведения о которых были неполными или они определялись только в одном городе. Оценка неканцерогенного риска здоровью населения, подвергающегося высокому уровню антропогенной нагрузки, произведена в соответствии с руководством Р 2.1.10.1920-04 [6]. При ингаляционном поступлении мы рассчитывали коэффициенты опасности для каждого загрязнителя атмосферы и по их величине проводили ранжирование для определения наиболее приоритетных загрязнителей. Для оценки воздействия химических загрязнителей атмосферного воздуха на различные органы и системы человека проводили расчёт индексов опасности (HI). Неканцерогенный риск рассчитывался по среднегодовым концентрациям химических веществ, загрязняющих атмосферный воздух выбранных городов области. В качестве приемлемого уровня были взяты значения коэффициентов и индексов опасности, не превышающие 1.0. Сравнение показателей по количественным признакам проводили при помощи t-критерия Стьюдента. За критический уровень статистической значимости принимали р, равное 0,05. Статистическую обработку результатов исследований проводили на ПЭВМ с использованием стандартных лицензионных программ Excel for Windows, StatSoft Statistica for Windows версии 6.0. Результаты Результаты оценки загрязнения атмосферного воздуха химическими поллютантами и суммарное загрязнение атмосферного воздуха в городах Магнитогорске, Златоусте и Челябинске за годы наблюдения в период 2012-2016 годов представлены в табл. 1-3. Данные табл. 1 показывают на протяжении всех пяти лет наблюдения значительное загрязнение атмосферного воздуха Магнитогорска химическими поллю-тантами: среднегодовые концентрации бенз(а)пирена, 18 Экология человека 2019.06 Окружающая среда Таблица 1 Загрязнение атмосферного воздуха химическими поллютантами (в долях ПДКс.г.) и суммарное загрязнение атмосферного воздуха города Магнитогорска за период 2012-2016 годов Химический поллютант Класс опасности 2012 2013 2014 2015 2016 Среднее Бенз(а)пирен I 5,7^1,51* 5,7^1,64 3,4^0,81 3,9^1,12 4,4^1,10 4,6^1,24 Формальдегид II 4,3^0,44 4,7^0,57 1,4^0,38 1,2^0,26 1,6^0,22 2,6^0,37 Взвешенные вещества III 2,6^0,27 2,2^0,17 2,2^0,19 2,Н0,16 2,Н0,15 2,2^0,19 Диоксид азота II 1,4^0,16 1,5^0,18 1,Н0,13 1,3^0,15 Н0,17 1,3^0,16 Фенол II 0,9^0,13 0,8^0,11 0,9^0,10 0,9^0,12 0,8^0,12 0,9^0,12 Диоксид серы III 0,5^0,09 0,6^0,07 0,5^0,06 0,6^0,07 0,6^0,09 0,6^0,08 Катм. 11,7-^0,51 11,8-^0,55 7,Н0,33 7,5^0,38 8^0,37 9,3^0,43 Примечание. * - значения среднеквадратического отклонения. Таблица 2 Загрязнение атмосферного воздуха химическими поллютантами (в долях ПДКс.г.) и суммарное загрязнение атмосферного воздуха города Челябинска за период 2012-2016 годов Химический поллютант Класс опасности 2012 2013 2014 2015 2016 Среднее Бенз(а)пирен I 3,9^0,94 3,3^0,92 5,6^1,72 3,0^0,87 2,3^0,67 3,6^1,02 Формальдегид II 3,3^0,37 2,8^0,29 1,0^0,13 1,2^0,11 0,9^0,10 1,8^0,20 Взвешенные вещества III 0,9^0,16 0,9^0,11 0,6^0,08 0,6^0,07 0,6^0,09 0,7^0,10 Диоксид азота II 1,Н0,11 1,2^0,14 0,7^0,08 0,7^0,07 1,0^0,12 0,9^0,10 Фенол II 0,7^0,07 0,8^0,09 0,8^0,10 0,7^0,08 0,6^0,07 0,7^0,08 Диоксид серы III 0,6^0,05 0,5^0,06 0,6^0,07 0,5^0,05 0,7^0,08 0,6^0,06 Катм. 8,Н0,34 7,2^0,32 7,8^0,44 5,4^0,25 4,7^0,23 6,6^0,31 Таблица 3 Загрязнение атмосферного воздуха химическими поллютантами (в долях ПДКс.г.) и суммарное загрязнение атмосферного воздуха города Златоуста за период 2012-2016 годов Химический поллютант Класс опасности 2012 2013 2014 2015 2016 Среднее Бенз(а)пирен I 2,8^0,72 3,6^0,86 3,3^0,73 2,5^0,61 1,5^0,40 2,7^0,66 Формальдегид II 3,0^0,76 4,0^0,82 1,2^0,31 1,5^0,33 1,2^0,28 2,2^0,50 Взвешенные вещества III 1,Н0,26 1,0^0,22 1,0^0,21 1,3^0,24 1,Н0,27 1,Н0,24 Диоксид азота II 1,8^0,46 1,7^0,41 1,5^0,38 1,4^0,34 1,0^0,24 1,5^0,37 Диоксид серы III 0,6^0,12 0,6^0,11 0,5^0,09 0,5^0,12 0,6^0,10 0,6^0,11 Катм. 6,9^0,46 8,2^0,48 5,9^0,34 5,4^0,33 3,8^0,26 6,0^0,38 формальдегида, взвешенных веществ и диоксида азота выше гигиенических нормативов. Суммарное загрязнение по коэффициенту Катм находилось в пределах 7,1^0,33-11,8^0,55 с максимумом в 2013 году и минимумом в 2014-м. В атмосферном воздухе Челябинска (табл. 2) концентрации бенз(а)пирена, формальдегида, взвешенных веществ и диоксида азота все годы наблю-дениябыли также выше гигиенических нормативов. Суммарное загрязнение по коэффициенту Катм находилось в пределах 4,7^0,23-8,1^0,34 с максимумом в 2012 году и минимумом в 2016-м. Точно так же на протяжении всех лет наблюдения отмечается значительное загрязнение атмосферного воздуха Златоуста (табл. 3): концентрации бенз(а)-пирена, формальдегида, взвешенных веществ и диоксида азота выше гигиенических нормативов. Суммарное загрязнение по коэффициенту Катм на ходилось в пределах 3,8^0,26-8,2^0,48 с максимумом в 2013 году и минимумом в 2016-м. Из трёх городов самым загрязнённым является Магнитогорск, в нём загрязнение атмосферного воздуха бенз(а)пиреном и взвешенными веществами в 1,7 и в 2 раза выше, чем в Златоусте (p = 0,009; p = 0,006). Суммарное загрязнение атмосферного воздуха в Магнитогорске - 9,3^0,43, что в 1,4 раза выше, чем Челябинске, и в 1,6 раза выше по сравнению со Златоустом (p = 0,034; p = 0,008). Основной долевой вклад в суммарное загрязнение атмосферного воздуха (Катм) в Магнитогорске, Челябинске и Златоусте вносили бенз(а)пирен: 49,46, 54,55 и 45,00 %; формальдегид: 27,96, 27,27 и 36,67 % соответственно. Для оценки экспозиции, вызванной загрязнением атмосферного воздуха, проведены исследования по оценке риска развития неканцерогенных эффектов. 19 Окружающая среда Экология человека 2019.06 В изучаемых городах выбраны рецепторные точки, идентифицированы приоритетные поллютанты, определены сценарии воздействия. В табл.4 представлены индексы неканцерогенной опасности для различных органов и систем человека. Первое ранговое место по риску развития неканцерогенных эффектов занимает задержка развития в Магнитогорске, где риск оценивается как высокий и составляет HI = 7,69, что в 1,53 и в 2 раза выше, чем в Челябинске и Златоусте, где риск оценивается как умеренный. Второе ранговое место по риску развития неканцерогенных эффектов занимают органы дыхания в Магнитогорске, Челябинске и Златоусте, где риск составляет HI=4,1, HI=2,23, HI=3,15 соответственно. Третье ранговое место занимает риск для центральной нервной системы, почек и пищеварительной системы: в Магнитогорске, Челябинске и Златоусте риск оценивается как умеренный и составляет HI=3,47, HI=2,54 и HI=2,18. Таблица 4 Индексы неканцерогенной опасности от атмосферного воздуха для критических органов и систем организма людей, проживающих в городах Челябинской области Индекс неканцерогенной опасности (HI) Магнито горск Челябинск Златоуст HI задержка развития 7,69 5,04 3,84 HI органы дыхания 4,1 2,23 3,15 HI ЦНС 3,47 2,54 2,18 HI почки 3,47 2,54 2,18 HI пищеварительная система 3,47 2,54 2,18 HI печень 2,64 1,84 2,18 HI сердечно-сосудистая система 2,24 0,72 1,1 Приемлемый уровень HI < 1,0 HI < 1,0 HI < 1,0 При оценке вклада химических поллютантов в формирование неканцерогенных рисков установлено, что для задержки развития он связан в первую очередь с наличием в воздухе бенз(а)пирена и взвешенных веществ - максимальный вклад 71,83 и 29,13% соответственно. Для органов дыхания он связан в первую очередь с наличием в воздухе взвешенных веществ и диоксида азота - максимальный вклад 54,63 и 46,98% соответственно; для центральной нервной системы, пищеварительной системы и почек - с наличием в воздухе формальдегида - максимальный вклад 76,08%. Обсуждения результатов В ходе проведённой гигиенической оценки атмосферного воздуха промышленных городов Челябинской области установлено высокое загрязнение атмосферы на всех территориях. В исследуемых городах отмечаются одинаковый качественный состав загрязнителей атмосферы, но выраженные количественные различия. Приоритетными загрязнителями атмосферного воздуха промышленных городов области были бенз(а)пирен, формальдегид, взвешенные вещества и диоксид азота. Среднегодовые концентрации бенз(а)пирена и формальдегида во всех трёх городах - Магнитогорске, Челябинске и Златоусте были выше гигиенических нормативов. Среднегодовые концентрации взвешенных веществ и диоксида азота в Магнитогорске и Златоусте были выше нормы, а в Челябинске - ниже гигиенических нормативов. Высокий уровень загрязнения бенз(а)пиреном и формальдегидом в каждом городе связан с наличием металлургических предприятий. Так, в Магнитогорске градообразующим предприятием является ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат», на долю которого приходится около 80 % выбросов общих по городу и 98 % от стационарных источников [2]. В Челябинске основной вклад в выбросы бенз(а)пирена в атмосферу вносят ОАО «Челябинский металлургический комбинат» - 71 %, ОАО «Челябинский электродный завод» - 13,4 %, ОАО «Челябинский электрометаллургический комбинат». Основной вклад в выбросы формальдегида в Челябинске вносит ОАО «АКСИ» - 97,8 % [2]. В Златоусте основными предприятиями, загрязняющими атмосферный воздух бенз(а)пиреном, являются ОАО «Златоустовский металлургический завод», ОАО «Златоустовский машиностроительный завод», на долю которых приходится 40 % всех выбросов, 26 % выбросов - бытовое отопление, 16 % - химическая промышленность. Основной вклад в выбросы в атмосферу формальдегида вносит ОАО «Златоустовский абразивный завод», на его долю приходится 69,5 %, ОАО «Златоустовский завод металлоконструкций»- 11,4 %, ОАО «Златоустовский часовой завод» - 12,3 %, ФГУП ПО «Златоустовский машиностроительный завод»- 6,4 % [2]. То есть именно промышленные предприятия вносят основной вклад в загрязнение атмосферы Магнитогорска, Челябинска и Златоуста. Было выявлено, что самые высокие среднегодовые концентрации химических веществ на протяжении всего периода исследования определялись в городе Магнитогорске, здесь же отмечен и самый высокий суммарный уровень загрязнения атмосферного воздуха - Катм 9,3+0,43, а самый низкий уровень суммарного загрязнения воздуха регистрировался в городе Златоусте - Катм 6,0+0,38. Вещества, содержащиеся в атмосферном воздухе, могут вызывать задержку развития, неблагоприятно влиять на дыхательную, пищеварительную, эндокринную, сердечно-сосудистую, центральную нервную системы, нарушать работу почек и печени. Сравнивая наши результаты по оценке неканцерогенных рисков с работами других авторов, приходим к выводу, что в каждом регионе имеются свои приоритетные загрязнители. Например, в городе 20 Экология человека 2019.06 Окружающая среда Новокуйбышевске основными загрязнителями атмосферного воздуха, обладающими общетоксическим действием и формирующим риск развития неканцерогенных эффектов, являются медь, углеводороды, формальдегид, бенз(а)пирен, взвешенные вещества. Также выявлено, что приоритетной нозологией, занимающей первое ранговое место в структуре общей впервые выявленной заболеваемости среди всех групп населения, являлись болезни органов дыхания [7]. В зарубежном исследовании, проведённом в городе Алма-Ате, выявлены приоритетные загрязнители атмосферного воздуха: взвешенные вещества, диоксид серы и диоксид азота [4]. Авторы связывают превышение нормативных показателей данных ксенобиотиков вследствие интенсивных транспортных эмиссий. Был определён суммарный индекс неканцерогенной опасности от всех веществ на органы дыхания, и он оказался значительно выше нормативных показателей. Таким образом, в исследуемых промышленных городах Челябинской области население подвергается неблагоприятному воздействию химических загрязнителей атмосферного воздуха. Эти ксенобиотики могут нарушать работу многих органов и систем, вызывать задержку развития организма. Настоящее исследование диктует необходимость разработки и проведения в названных городах профилактических мероприятий, направленных на сохранение и укрепление здоровья населения [7, 10]. Также в дальнейшем мы планируем расширить исследование по оценке неканцерогенных рисков и включить в него анализ загрязнения других объектов окружающей среды: воды, продуктов питания с тем, чтобы дать более полную картину об уровне экспозиции населения химическими поллютантами. Авторство Долгушина Н. А. внесла существенный вклад в концепцию и дизайн исследования, получение, анализ и интерпретацию данных; Кувшинова И. А. подготовила первый вариант статьи, участвовала в анализе данных, окончательно утвердила присланную в редакцию рукопись.

About the authors

N. A. Dolgushina

Nosov Magnitogorsk State Technical University

I. A. Kuvshinova

Nosov Magnitogorsk State Technical University

Email: erenk@rambler.ru

References

Supplementary files